2020版高考物理100考点最新模拟题千题精练专题7.7探究加速度与外力和质量的关系（含解析）.docx

专题7.7 探究加速度与外力和质量的关系1.（2019湖南湘潭三模）实验小组用（图1）下列器材探究加速度与合外力的关系：水平桌面上放有相同的两辆小车，两辆小车前后两端各系一条细绳，前端的细绳都跨过定滑轮并挂一个小盘，盘中放有质量不同的砝码。用黑板擦把小车后端的两条细线按在桌面上，使小车静止。实验前，先通过让桌子一端升高的方式平衡摩擦力，抬起黑板擦，两辆小车同时开始运动，按下黑板擦，两辆小车同时停下，用刻度尺测出两辆小车通过的位移。（1）本实验将砝码和小盘的重力当作小车的合力，应使砝码和小盘质量之和 （填“远大于”“远小于”或“等于”）小车质量；小车合力的计算存在误差，此类误差属于 （填“系统”或“偶然”）误差。（2）经过测量，两小车通过位移分别为s1、s2，砝码和小盘总质量分别为m1、m2，只要满足关系式 ，则可验证加速度与合外力成正比。（3）为了使实验结果更加精确，某同学利用拉力传感器和速度传感器来做实验（图2），在长木板上相距为L的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率，实验中使用的小车及拉力传感器总质量约为200g，每个钩码的质量约为50g。主要实验步骤如下：调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力；释放小车，读出拉力传感器的读数F，让小车依次经过A、B速度传感器，记录速度vA和vB，并计算出小车加速度a；增加钩码数量，重复步骤，得到多组数据，并作出aF图象，步骤中小车加速度a （请用题中符号表示）；根据本实验作出的aF图象（图3）最接近 。【参考答案】（1）远小于；系统；（2）；（3）；A。【名师解析】（1）当砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时可以近似认为小车受到的拉力等于砝码和小盘的重力；小车合力的计算存在误差，此类误差是由于实验设计造成的，属于系统误差。（2）小车做初速度为零的匀加速直线运动，位移为：s则有：，只要满足：可验证加速度与合外力成正比。（3）小车做匀加速直线运动，由匀变速直线运动的速度位移公式可知，小车的加速度为：a；小车受到的拉力可以由测力计测出，aF，在小车质量M一定时，a与F成正比，故A正确；2（9分）（2019吉林长春四模）某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受外力之间的关系。图中，利用铁架台固定一轻质滑轮，通过跨过滑轮的轻质细绳悬吊相同的两个物块A、B，质量均为M，物块A侧面粘贴小遮光片，其宽度为d、质量忽略不计。在物块A、B下各挂5个相同的小钩码，质量均为m0.010kg。光电门C、D通过连杆固定于铁架台上，并处于同一竖直线上，且光电门C、D之间的距离为h。两光电门与数字计时器相连（图中未画出）可记录遮光片通过光电门的时间。整个装置现处于静止状态，取当地的重力加速度g9.8m/s2实验步骤如下：（1）将n（依次取n1，2，3，4，5）个钩码从物块B的下端摘下并挂在物块A下端的钩码下面。释放物块，用计时器记录遮光片通过光电门C、D的时间t1、t2由匀变速运动规律可得到物块A下落过程的加速度a （用“h、d、t1、t2”表示）（2）该小组同学测量的数据见下表。他们将表格中的数据转变为坐标点画在图乙的坐标系中，并作出an图象。从图象可以得出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的外力成 （“正比”或“反比“）。na/s210.2020.4130.5940.7951.00（3）该小组同学利用an图象，进一步求得物块A（或B）的质量M为 kg（保留2位有效数字）。（4）若实验过程中摩擦阻力的影响明显（可看成定值），用上述方法得到的物块质M的测量值 物块质量的直实值（填“大于”，“小于”或“等于”）【参考答案】（1） （3分） （2）正比 （2分）（3）0.44 （2分） （4）不变 （2分）【命题意图】以探究物体加速度与所受外力关系的实验为命题背景，考查学生对实验原理的理解能力，以及图像法处理实验数据的能力。【解题思路】（1）物块A通过光电门C、D时的速度分别为、，物块A的遮光片从C运动到D，由运动学规律可知，所以；（2）以A、B两物体和10个小钩码为研究对象，由牛顿第二定律可知，变化为a=，由图象可知，a与n成正比，而n与系统所受合外力2nmg成正比，所以物体的加速度与其所受的外力成正比。（3）因为，由图象可知，斜率0.2=，将m0.010kg代入解得0.44kg。（4）若有阻力,以A、B两物体和10个小钩码为研究对象，由牛顿第二定律可知，则，图象的斜率不受阻力的影响，所以对物块质量的测量值不变。3.（2019湘赣十四校二模）某同学为了探究物体的质量不变时，加速度跟合外力的关系。将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器挂钩上，用来测量绳对小车的拉力，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的a-F图象。由于疏忽，实验者忘记了平衡摩察力，将带滑轮的长木板固定在水平的桌面上了。（1）实验中是否需要钩码的质最远小于小车和传感器的总质量：_（填“是“或“否”）（2）由图象求出小车和传感器受到的摩擦阻力为_N，总质量为_kg【参考答案】（1）否 （2）2 2【名师解析】（1）此实验中由于在小车上安装了拉力传感器，拉小车的力可以由拉力传感器测出，所以没有必要再用钩码的重力代替拉力，当然更没有必要使钩码的质最远小于小车和传感器的总质量。（2）从a-F图象可以看出，当F2N时，小车才有加速度，所以F=2N时是小车受到的最大静摩擦力，从而它又是等于滑动摩擦力，所以摩擦阻力为2N根据牛顿第二定律a=，则图象的斜率就是小车质量的倒数，则m=2kg。4.（2018安阳二模）某实验小组要做“探究小车所受外力与加速度关系”的实验，采用的实验装置如图1所示。(1)本实验中_(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，_(填“需要”或“不需要”)钩码的质量远小于小车的质量。(2)该同学在研究小车运动时打出了一条纸带，如图2所示，在纸带上，连续5个点为一个计数点，相邻两个计数点之间的距离依次为，打点计时器的频率f=50Hz，则打纸带上第5个计数点时小车的速度为_m/s，整个过程中小车的平均加速度为_m/s2。(结果均保留2位有效数字)【参考答案】.(1)需要；不需要；(2)0.49；1.0【名师解析】本题考查了探究小车所受外力与加速度关系”的实验，意在考查考生的理解和应用能力。(1)本实验是通过力传感器测量的细线的拉力，要想将拉力作为小车的合外力，需要平衡摩擦力；但是由于拉力可以直接读出，所以钩码的质量不需要远远小于小车的质量；(2)根据平均速度的推论，可知打下第5个计数点的速度为m/s，根据逐差法可知小车的加速度为： 1.0m/s2。5图甲所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图 （1）下面列出了一些实验器材：打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂桶和砂、刻度尺除以上器材外，还需要的实验器材有_A秒表 B天平（附砝码） C低压交流电流 D低压直流电源（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其它阻力：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能_（选填“拖动纸带”或“不拖动纸带”）沿木板做匀速直线运动（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量与小车和车上砝码的总质量之间应满足的条件是_这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以变为小车所受拉力几乎不变（4）如图乙所示， 、为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的间隔为， 、间的距离为、间的距离为，则小车的加速度_已知， ，则_（结果保留位有效数字） （5）在做该实验时，另一位同学以小车的加速度的倒数为纵轴，以上车和车上砝码的总质量为横轴，描绘出图象假设实验中他已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，但与并没满足本实验所需的条件；则从理论上分析，图丙中能够正确反映他所得到的关系的示意图是_【参考答案】BC 拖动纸带 C【名师解析】(1)研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验，所以用天平测量小车的质量，用交流电源供打点计时器使用，所以BC选项是正确的；(2)平衡摩擦力时，把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动即可；(3)假设小车的加速度为，拉力为对砂和砂桶：；对小车： ；联立得： ，故只有在 的情况下近似认为拉力等于(4)由得： ，代入数据得：；(5)根据牛顿第二定律得： ，则，则以为纵轴，以总质量为横轴，作出的图象为一倾斜直线，且纵截距为，所以C选项是正确的；6.（2018洛阳一模）某同学利用如图所示的装置探究小车的加速度和合外力的关系，具体实验步骤如下：按照图甲所示安装好实验装置，并测出两光电门之间的距离L平衡摩擦力即调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等取下细绳和沙桶，测量沙子和沙桶的总质量，并记录把小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，并记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间，并计算出小车到达两个光电门时的速度和运动的加速度重新细绳和沙桶，改变沙桶中沙子的质量，重复的步骤（1）用游标卡尺测得遮光片的宽度为，某次实验时通过光电门甲和乙的时间分别为和，则小车加速度的表达式为 （2）关于本实验的说法，正确的是（ ）A.平衡摩擦力时需要取下细绳和沙桶 B.平衡摩擦力时不需要取下细绳和沙桶C.沙桶和沙子的总质量必须远远小于小车的质量 D.小车的质量必须远远小于沙桶和沙子的总质量（3）若想利用该装置测小车与木板之间的动摩擦因数，某次实验时，该同学测得平衡摩擦力后斜面的倾角以及小车的总质量,则可推算出= （表达式中含有、）【参考答案】（1） (2分) ；（2）B （2分）；（3）（2分）【命题意图】 本题考查探究小车的加速度和合外力的关系实验、匀变速直线运动规律和动摩擦因数测量及其相关的知识点。【解题思路】（1）用游标卡尺测得遮光片的宽度为，某次实验时通过光电门甲和乙的时间分别为和，通过光电门甲和乙的速度分别是v1=和v2=，由匀变速直线运动规律，v22- v12=2aL，解得小车加速度的表达式为；（2）平衡摩擦力时不需要取下细绳和沙桶，选项A错误B正确；对沙桶和沙子的总质量与小车的质量关系没有要求，选项CD错误。（3）某次实验时，该同学测得平衡摩擦力后斜面的倾角以及小车的总质量,则有，Mgsin=mg+Mgcos，可推算出=。7.（2018成都七中质检）在探究质量一定时加速度与力的关系的实验时，一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）（1）实验时，一定要进行的操作是_。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M（2）该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为 。【参考答案】（1）BCD（2）1.3 （3）C【名师解析】（1）探究质量一定时加速度与力的关系实验，由于细线中连接了拉力测力计，可以读出细线中的拉力，所以不需要用天平测量砂和砂桶的质量，不需要保证砂和砂桶的质量远远小于小车质量。选项BCD是一定要进行的操作。（2）利用逐差法和x=aT2，T=30.02s=0.06s可得小车的加速度a=1.3m/s2。（3）小车所受拉力等于弹簧测力计读数F的2倍，2F=ma，变化为a=F，aF图象的斜率k=，小车的质量m=2/k，选项C正确。8（2019全国考试大纲调研卷3）某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的aF图象(1)图线不过坐标原点的原因是_(2)本实验中是否仍需要砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量_(填“是”或“否”)(3)由图象求出小车和传感器的总质量为_kg.【参考答案】没有平衡摩擦力，或平衡的不够否1【名师解析】(1)由图象可知，当F0时，加速度仍然为零，说明没有平衡摩擦力，或平衡的不够；(2)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量(3)aF图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知，k1，所以质量M1 kg9（2019山西三模）如图所示装置可以探究“物体加速度与其所受外力的关系”。水平桌面上固定一带小滑轮的长木板A，桌面上固定两个光电门G1和G2，滑块B上带有宽度为d的遮光条，B通过绳子绕过滑轮与力传感器相连，传感器另一端固定，沙桶挂在动滑轮上。（1）本实验装置还需要垫高长木板左端以平衡摩擦力吗？答 （选填“需要”或“不需要”）；实验时还需要保持沙桶和沙子的总质量远小于物块B的质量吗？答 （选填“需要”或“不需要”）（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，其读数为 cm（3）正确调整实验装置后，开始实验，记录力传感器的示数为F，光电门记录的时间分别为t1和t2，遮光条宽度为d，两个光电门之间的距离为L，滑块及遮光条的总质量为m，只需要验证F 即验证了牛顿第二定律【参考答案】（1）需要；不需要；（2）0.775；（3）。【名师解析】（1）合力提供加速度，绳子拉力不是合力，故需要平衡摩擦力；由传感器可以读出绳子的拉力，故不需要满足沙桶和沙子的总质量远小于物块B的质量；（2）由图知主尺刻度为0.7cm，游标尺上第15条刻度线与主尺对应的最齐，故游标尺的读数是150.050.75mm0.075cm，遮光条的宽度为0.7+0.0750.775cm；（3）滑块经过两光电门速度分别为v1、v2，有：v1v2根据运动学公式，得：若Fma，则验证了牛顿第二定律，联立知，只要验证F，即可验证牛顿第二定律。10(2016深圳调研)某同学做“探究加速度与力的关系”的实验，实验的探究对象是铝块(质量小于砂桶的)，在静止释放轻绳前，装置如图甲所示。(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是_和_。(2)纠错后开始实验：保持铝块的质量m不变，通过在砂桶中添加砂来改变对铝块的拉力；每次释放轻绳，由力传感器可测得拉力的大小F，由纸带上打出的点可算出对应加速度的大小a；已知重力加速度为g。该同学根据多组实验数据画出如图乙所示的一条过坐标原点的直线，他标注纵轴为加速度a，但忘记标注横轴，你认为横轴代表的物理量是_(用所给的字母表示)。(3)若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更_(填“大”或“小”)。(4)本装置还可利用来做_的实验。(只填一个)【参考答案】(1)打点计时器错接在直流电源上要进行打点的纸带留得太短(2)Fmg(3)大(4)探究加速度与质量的关系【名师解析】(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是打点计时器错接在直流电源上和要进行打点的纸带留得太短。(2)铝块受重力mg和拉力F，所以铝块的合力F合Fmgma，所以横轴代表的物理量是Fmg。(3)由于滑轮的摩擦，若把力传感器装在右侧轻绳上，则实验的误差会更大。(4)本装置还可利用来做探究加速度与质量的关系(或验证机械能守恒定律，或探究动能定理)。11(2016吉林质检)“用DIS研究加速度与力的关系”的