2025年高考物理復(fù)習(xí)四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（含解析）

PAGE實驗搶分專練(四)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(40分鐘50分)1.(8分)(2023·南京模擬)小華用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)電火花打點計時器工作時應(yīng)使用________(選填“8V”或“220V”)交流電源;

(2)用墊塊將木板左端墊高,以平衡打點計時器對小車的摩擦力及其他阻力。在不掛托盤的情況下,打出如圖乙所示的紙帶(從左向右打點),則應(yīng)該將墊塊向__________(選填“左”或“右”)移動;

(3)圖丙是實驗中打出的一條紙帶,O、A、B、C、D、E、F為連續(xù)選取的7個計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出,則小車在E點的瞬時速度大小為__________m/s,運動的加速度大小為______m/s2(計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字,所用電源頻率f=50Hz);

(4)小車質(zhì)量一定,研究加速度與力的關(guān)系時,小華根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a-F圖像,如圖丁所示。發(fā)現(xiàn)圖像既不過原點,末端又發(fā)生了彎曲,可能的原因是__________。

A.沒有平衡摩擦力,且小車質(zhì)量較大B.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過大,且托盤和砝碼的質(zhì)量較大C.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且托盤和砝碼的質(zhì)量較大D.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且小車質(zhì)量較大2.(8分)(2023·和平區(qū)模擬)為了探究物體加速度與質(zhì)量的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。質(zhì)量分別為m1和m2的兩個小車,用一條柔軟的輕繩通過滑輪連起來,重物的質(zhì)量為m0,忽略滑輪的質(zhì)量和各種摩擦,使兩車同時從靜止開始運動,同時停止,兩個小車發(fā)生的位移大小分別為x1和x2。(1)如果想驗證在合外力一定的情況下,小車的加速度和質(zhì)量成反比,只需驗證表達(dá)式__________成立。(用題中所給物理量表示)

(2)實驗中________(選填“需要”或“不需要”)滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。

3.(8分)(2023·襄陽模擬)學(xué)習(xí)了力學(xué)知識后,小王同學(xué)組裝了圖甲所示的裝置,想利用它來測量一些物理量。他做了如下的實驗操作:Ⅰ.將礦泉水瓶P和物塊Q,分別與跨過滑輪的輕繩連接,滑輪通過豎直彈簧測力計懸掛,已知滑輪的質(zhì)量為M;Ⅱ.將紙帶上端粘在Q的下面,下端穿過打點計時器(圖中未畫出),往P中裝適量水,接通電源,釋放P后,P向下運動,讀出彈簧測力計的示數(shù)F,打出點跡清晰的紙帶如圖乙所示;Ⅲ.逐漸往P中加適量水,重復(fù)實驗(P始終向下運動,Q始終未跟滑輪相碰),獲得多組實驗數(shù)據(jù)。(1)在圖乙所示的紙帶上,相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出,已知打點計時器的頻率為50Hz,則Q的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù),作出Q的加速度a隨彈簧測力計示數(shù)F變化的圖像如圖丙所示,若圖線的斜率為k,圖線在F軸上的截距為b,不計輕繩與滑輪間的摩擦,則Q的質(zhì)量為____________________,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開______________。(以上兩空均用字母k、b、M表示)

4.(8分)如圖所示是某小組同學(xué)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置,實驗過程中可近似認(rèn)為鉤碼受到的總重力等于小車所受的拉力。先測出鉤碼所受的重力為G,之后改變鉤碼個數(shù),小車每次從同一位置釋放,測出擋光片通過光電門的時間Δt。(1)實驗中__________測出小車質(zhì)量m車。

(2)為完成實驗還需要測量①________________________________________________________________;

②________________________________________________________________。

(3)實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力,原因是________________________。

(4)若軌道保持水平,滑輪偏低導(dǎo)致細(xì)線與軌道不平行,則細(xì)線平行時加速度a1,與不平行時加速度a2相比,a1__________(選填“大于”“小于”或“等于”)a2。

5.(9分)(2023·廣州模擬)某同學(xué)利用如圖甲的裝置測量小車和智能手機的質(zhì)量,智能手機可以利用APP直接測量出手機運動時的加速度。懸掛質(zhì)量為m的鉤碼,用智能手機測出小車運動的加速度a;改變鉤碼的質(zhì)量m,進(jìn)行多次測量;作出a與m(g-a)的圖像如圖乙,已知圖像中直線的截距為b,斜率為k。不計空氣阻力,重力加速度為g。(1)以下說法正確的是______________;

A.鉤碼的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于智能手機和小車的質(zhì)量B.細(xì)繩應(yīng)該始終與長木板平行C.細(xì)繩的拉力等于鉤碼的重力(2)根據(jù)圖像可得,小車和手機的質(zhì)量為______;

(3)再利用手機APP測出斜面傾角為θ,則小車和智能手機沿木板運動過程中受摩擦力的大小為__________。

6.(9分)(2023·合肥模擬)如圖甲所示,某實驗小組利用該裝置“探究小車加速度和力的關(guān)系”,小車的質(zhì)量(包含滑輪)為M。不計繩與滑輪間的摩擦。(1)利用該裝置實驗時,下列說法正確的是______________。

A.實驗前應(yīng)將長木板靠近打點計時器的一端墊高,以平衡摩擦力B.每次在增加沙和沙桶的質(zhì)量后需要重新平衡摩擦力C.應(yīng)將小車靠近打點計時器,先釋放小車,再接通電源D.實驗中一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M(2)實驗中得到如圖乙所示的一條紙帶,從比較清晰的點跡起,在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E,相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡未標(biāo)出,測出各計數(shù)點到A點間的距離,已知所用電源的頻率為50Hz,則小車的加速度大小a=__________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)改變沙桶內(nèi)沙子的質(zhì)量,多次實驗,以力傳感器的示數(shù)F為橫軸、小車對應(yīng)的加速度a為縱軸,作出的a-F圖像如圖丙所示,可知小車的質(zhì)量M=__________kg(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

解析版1.(8分)(2023·南京模擬)小華用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)電火花打點計時器工作時應(yīng)使用________(選填“8V”或“220V”)交流電源;

答案:(1)220V【解析】(1)電火花打點計時器工作時應(yīng)使用220V的交流電源;(2)用墊塊將木板左端墊高,以平衡打點計時器對小車的摩擦力及其他阻力。在不掛托盤的情況下,打出如圖乙所示的紙帶(從左向右打點),則應(yīng)該將墊塊向__________(選填“左”或“右”)移動;

答案:(2)左【解析】(2)根據(jù)打出的圖乙所示的紙帶(從左向右打點),可知小車做加速運動,說明平衡摩擦力過度,應(yīng)將墊塊向左移動;(3)圖丙是實驗中打出的一條紙帶,O、A、B、C、D、E、F為連續(xù)選取的7個計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出,則小車在E點的瞬時速度大小為__________m/s,運動的加速度大小為______m/s2(計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字,所用電源頻率f=50Hz);

答案:(3)1.12.0【解析】(3)相鄰計數(shù)點間的時間間隔為:T=5×1f=5×150s=0.勻變速直線運動某段中間時刻速度等于該段的平均速度,則小車在E點的瞬時速度大小為:vE=xDF2T=10根據(jù)逐差法可得加速度為:a=xCF-xOC9T22.0m/s2;(4)小車質(zhì)量一定,研究加速度與力的關(guān)系時,小華根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a-F圖像,如圖丁所示。發(fā)現(xiàn)圖像既不過原點,末端又發(fā)生了彎曲,可能的原因是__________。

A.沒有平衡摩擦力,且小車質(zhì)量較大B.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過大,且托盤和砝碼的質(zhì)量較大C.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且托盤和砝碼的質(zhì)量較大D.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且小車質(zhì)量較大答案:(4)C【解析】(4)由圖像可知有拉力時加速度為零,說明平衡摩擦力不足,木板的傾斜角度過小;圖像最后發(fā)生了彎曲,說明托盤和砝碼的質(zhì)量未遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,故C正確,A、B、D錯誤。故選C。2.(8分)(2023·和平區(qū)模擬)為了探究物體加速度與質(zhì)量的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。質(zhì)量分別為m1和m2的兩個小車,用一條柔軟的輕繩通過滑輪連起來,重物的質(zhì)量為m0,忽略滑輪的質(zhì)量和各種摩擦,使兩車同時從靜止開始運動,同時停止,兩個小車發(fā)生的位移大小分別為x1和x2。(1)如果想驗證在合外力一定的情況下,小車的加速度和質(zhì)量成反比,只需驗證表達(dá)式__________成立。(用題中所給物理量表示)

答案:(1)m1x1=m2x2【解析】(1)根據(jù)牛頓第二定律,兩小車所受合外力大小相等,m1a1=m2a2;小車做初速度為零的勻加速直線運動,x=12at2,時間t相同,x與a成正比;所以只需要驗證m1x1=m2x2成立即可(2)實驗中________(選填“需要”或“不需要”)滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。

答案:(2)不需要【解析】(2)實驗中不需要用重物的重力代替輕繩的拉力,故不需要滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。3.(8分)(2023·襄陽模擬)學(xué)習(xí)了力學(xué)知識后,小王同學(xué)組裝了圖甲所示的裝置,想利用它來測量一些物理量。他做了如下的實驗操作:Ⅰ.將礦泉水瓶P和物塊Q,分別與跨過滑輪的輕繩連接,滑輪通過豎直彈簧測力計懸掛,已知滑輪的質(zhì)量為M;Ⅱ.將紙帶上端粘在Q的下面,下端穿過打點計時器(圖中未畫出),往P中裝適量水,接通電源,釋放P后,P向下運動,讀出彈簧測力計的示數(shù)F,打出點跡清晰的紙帶如圖乙所示;Ⅲ.逐漸往P中加適量水,重復(fù)實驗(P始終向下運動,Q始終未跟滑輪相碰),獲得多組實驗數(shù)據(jù)。(1)在圖乙所示的紙帶上,相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出,已知打點計時器的頻率為50Hz,則Q的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

答案:(1)1.0【解析】(1)根據(jù)題意可知相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s,而勻變速直線運動在連續(xù)相等時間間隔內(nèi)的位移差相等,則根據(jù)逐差相等公式Δx=aT2,取位移xAC和位移xCE,此為連續(xù)2T時間內(nèi)通過的位移,則可得Q的加速度大小為a=xCE-xAC(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù),作出Q的加速度a隨彈簧測力計示數(shù)F變化的圖像如圖丙所示,若圖線的斜率為k,圖線在F軸上的截距為b,不計輕繩與滑輪間的摩擦,則Q的質(zhì)量為____________________,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開______________。(以上兩空均用字母k、b、M表示)

答案:(2)12k【解析】(2)根據(jù)牛頓第二定律,對Q有T-mg=ma對滑輪,由平衡條件F=2T+Mg整理得a=12mF-Mg所以k=12m,b=Mg解得Q的質(zhì)量為m=1重力加速度為g=kbkM4.(8分)如圖所示是某小組同學(xué)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置,實驗過程中可近似認(rèn)為鉤碼受到的總重力等于小車所受的拉力。先測出鉤碼所受的重力為G,之后改變鉤碼個數(shù),小車每次從同一位置釋放,測出擋光片通過光電門的時間Δt。(1)實驗中__________測出小車質(zhì)量m車。

A.必須 B.不必答案:(1)B【解析】(1)本實驗是研究加速度與力的關(guān)系,研究加速度與合力成正比關(guān)系,只需控制小車質(zhì)量不變即可,不必測出小車的質(zhì)量,故選B。(2)為完成實驗還需要測量①________________________________________________________________;

②________________________________________________________________。

答案:(2)①小車釋放點到光電門的距離x②擋光片的寬度d【解析】(2)小車經(jīng)過光電門的速度為v=d由運動學(xué)公式2ax=v2聯(lián)立可得小車的加速度a=d所以需要測量小車釋放點到光電門的距離x和擋光片的寬度d;(3)實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力,原因是________________________。

答案:(3)見解析【解析】(3)鉤碼在重力和拉力作用下向下做勻加速運動,加速度方向豎直向下,根據(jù)牛頓第二定律可知鉤碼的拉力小于鉤碼的重力,而鉤碼的拉力大小等于細(xì)線拉力的大小,所以實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力;(4)若軌道保持水平,滑輪偏低導(dǎo)致細(xì)線與軌道不平行,則細(xì)線平行時加速度a1,與不平行時加速度a2相比,a1__________(選填“大于”“小于”或“等于”)a2。

答案:(4)大于【解析】(4)本實驗忽略摩擦力的影響,細(xì)線平行時T=ma1;若滑輪偏低導(dǎo)致細(xì)線與軌道不平行,受力方向如圖所示由牛頓第二定律有Tcosβ=ma2所以有a1>a2。5.(9分)(2023·廣州模擬)某同學(xué)利用如圖甲的裝置測量小車和智能手機的質(zhì)量,智能手機可以利用APP直接測量出手機運動時的加速度。懸掛質(zhì)量為m的鉤碼,用智能手機測出小車運動的加速度a;改變鉤碼的質(zhì)量m,進(jìn)行多次測量;作出a與m(g-a)的圖像如圖乙,已知圖像中直線的截距為b,斜率為k。不計空氣阻力,重力加速度為g。(1)以下說法正確的是______________;

A.鉤碼的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于智能手機和小車的質(zhì)量B.細(xì)繩應(yīng)該始終與長木板平行C.細(xì)繩的拉力等于鉤碼的重力答案:(1)B【解析】(1)設(shè)小車和手機的質(zhì)量為M,斜面傾角為θ,對鉤碼和小車以及手機的系統(tǒng)由牛頓第二定律有mg+Mgsinθ-μMgcosθ=(M+m)a整理可得a=m(g-a)M+g可得本實驗的原理為a與m(g-a)成一次函數(shù)。因本實驗驗證牛頓第二定律為對系統(tǒng)采用準(zhǔn)確的方法,故不需要近似地用鉤碼重力代替細(xì)繩的拉力,也就不需要質(zhì)量關(guān)系,即不需要鉤碼的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于智能手機和小車的質(zhì)量,故A錯誤;為了讓細(xì)繩拉小車的力為恒力,則細(xì)繩應(yīng)該始終與長木板平行,故B正確;本實驗研究系統(tǒng)的牛頓第二定律,則細(xì)繩的拉力小于鉤碼的重力,故C錯誤。(2)根據(jù)圖像可得,小車和手機的質(zhì)量為______;

答案:(2)1k【解析】(2)根據(jù)a與m(g-a)的一次函數(shù)關(guān)系,可知圖像的斜率的意義為k=1則小車和手機的質(zhì)量為M=1k(3)再利用手機APP測出斜面傾角為θ,則小車和智能手機沿木板運動過程中受摩擦力的大小為__________。

答案:(3)g【解析】(3)根據(jù)a與m(g-a)的一次函數(shù)關(guān)系,可知縱截距的物理意義為b=gsinθ-μgcosθ聯(lián)立解得摩擦力的大小為f=μMgcosθ=gsin6.(9分)(2023·合肥模擬)如圖甲所示,某實驗小組利用該裝置“探究小車加速度和力的關(guān)系”,小車的質(zhì)量(包含滑輪)為M。不計繩與滑輪間的摩擦。(1)利用該裝置實驗時,下列說法正確的是______________。

A.實驗前應(yīng)將長木板靠近打點計時器的一端墊高,以平衡摩擦力B.每次在增加沙和沙桶的質(zhì)量后需要重新平衡摩擦力C.應(yīng)將小車靠近打點計時器,先釋放小車,再接通電源D.實驗中一定要保證沙