高考物理一轮复习 专题13 探究加速度与力、质量的关系（练）（含解析）.doc

专题13 探究加速度与力、质量的关系1如图所示是探究加速度与力的关系的实验装置，在气垫导轨上安装了一个光电门，滑块上固定一宽度为d的遮光条，力传感器固定在滑块上，用细绳绕过光滑定滑轮与砂桶相连，每次滑块都从同一位置处由静止释放。开始时遮光条到光电门的距离为l。（1）实验时，将滑块由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_，滑块加速度为_。（2）改变砂桶质量，读出对应的力传感器的示数f和遮光条通过光电门的时间，用实验中的数据描绘出图像，若测得图像的斜率为k，则滑块和遮光条的总质量m=_。【答案】（1）、（2）【名师点睛】本题要知道滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，知道图象斜率的含义，难度适中2某实验小组采用如图所示的实验装置探究小车加速度与力、质量的关系。（1）下列关于该实验的说法中正确的是_a平衡摩擦力时，应将盘和盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上b每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力c实验时，应先接通打点计时器，再放开小车d在每次实验时，应使砝码和砝码盘的总质量远大于小车的质量（2）该实验小组采用正确的实验步骤后，利用打点频率为50 hz的打点计时器，得到的其中一条纸带如图所示：(图中每两个计数点间还有四个点未画出)则在该次实验中，打下d点时小车的速度大小为_m/s，小车运动的加速度大小为_m/s2 (以上结果均保留三位有效数字)。【答案】（1）bc ； （2）0.562 ； 1.19； 3图1为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体所受合力关系”的实验装置拉力传感器能记录小车受到拉力的大小在长木板上相距l=4800cm 的a、b两位置各安装一个速度传感器，分别记录小车到达a、b时的瞬时速率实验主要步骤如下：将拉力传感器固定在小车上把木板c端适当垫高，平衡摩擦力把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连接通电源后自c点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力f的大小及小车分别到达a、b 时的瞬时速率va、vb改变所挂钩码的数量，重复的操作（1）步骤中，平衡的摩擦力是指a小车与长木板之间的摩擦力b细线与定滑轮之间的摩擦力c小车与长木板之间的摩擦力和细线与定滑轮之间的摩擦力（2）表中记录了实验测得的几组数据，vb2-va2是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式 a= （用题中的字母符号表示），表中第3次的实验数据为 （结果保留三位有效数字）（纵坐标10改成15）（3）由表中数据，在坐标纸上作出af关系图线（图2中已画出理论图线）；（4）对比实验图线与理论图线的偏差，你认为合理的解释为 【答案】（1）a（2） a=244m/s2（3）图象如图所示：（4）因为没有完全平衡摩擦力【解析】【名师点睛】本题关键要明确实验原理，正确进行误差分析和数据处理是对学生学习实验的基本要求，掌握运动学公式中速度和位移的关系，要加强这方面的训练4某同学利用图（a）所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图.如图（b）所示实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到回答下列问题：（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 （填“线性”或“非线性”关系）。（2）由图（b）可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是存在 。（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ，钩码的质量应满足的条件是 。【答案】（1）非线性；（2）存在摩擦力；（3）将轨道右端适当垫高，调节轨道倾斜度，以平衡摩擦力；远远小于小车的质量。【解析】 5用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律。(1)下列做法正确的是 （填字母代码）a.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行b.在调节木板倾斜程度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砂的砂桶通过定滑轮拴在小车上c.实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源d.通过增减小车上的砝码改变质量时，需要再次调节木板倾斜度e.为取绳子拉力近似等于砂和砂桶总重力，应保证砂和小桶的总质量远小于小车的质量(2)如图2所示为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出。由此可求得小车的加速度大小 m/s2(3)保持小车的质量m不变，改变砂桶与砂的总重力f，多次实验，根据得到的数据，在a-f图象中描点（如图3所示）结果发现右侧若干个点明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 若不断增加砂桶中砂的质量，a-f图象中各点连成的曲线将不断延伸，加速度的趋向值为 。【答案】(1)ae (2)1.5 (3)沙桶的质量较大,g【解析】【名师点睛】书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚对于实验中要注意的事项，要知其原因1如图甲所示为阿特武德机的示意图，它是早期测量重力加速度的器械，由英国数学家和物理学家阿特武德于1784年制成他将质量同为m（已知量）的重物用绳连接后，放在光滑的轻质滑轮上，处于静止状态再在一个重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物的重力而使系统做初速度为零的缓慢加速运动并测出加速度，完成一次实验后，换用不同质量的小重物，重复实验，测出不同m时系统的加速度（1）若选定如图甲左侧物块从静止开始下落的过程进行测量，则为了图乙需要直接测量的物理量有_ _a小重物的质量m b大重物质量mc绳子的长度 d重物下落的距离及下落这段距离所用的时间（2）经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出图象，如图乙所示，已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g= ，并可求出重物质量m=【答案】（1）ad （2）1/b； 【名师点睛】解决本题的关键通过牛顿第二定律和运动学公式得出重力加速度的表达式，以及推导出 关系式，结合图线的斜率和解决进行求解.2某同学在用如图甲所示的装置做“探究加速度与物体受力的关系”实验（1）该同学在实验室找到了一个小正方体木块，用实验桌上的一把游标卡尺测出正方体木块的边长，如图甲所示，则正方体木块的边长为 cm（2）接着用这个小正方体木块把小车轨道的一端垫高，通过速度传感器发现小车刚好做匀速直线运动设小车的质量为m，正方体木块的边长为a，并用刻度尺量出图中ab的距离为l（al，已知很小时），则小车向下滑动时受到的摩擦力为（3）然后用细线通过定滑轮挂上重物让小车匀加速下滑，不断改变重物的质量m，测出对应的加速度a，则下列图像中能正确反映小车加速度a与所挂重物质量m的关系的是【答案】（1）3.150（2）（3）c【解析】【名师点睛】掌握游标卡尺的读数，注意游标卡尺不需估读知道“探究加速度与物体受力的关系”实验中平衡摩擦力的做法，能根据受力分析和几何关系求解了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项3要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接的测量工具，某实验小组选用下列器材：轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、砝码一套(总质量m0.5 kg)、细线、刻度尺、秒表他们根据已学过的物理学知识，改变实验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量请完成下列步骤(1)实验装置如图所示，设右边沙袋a质量为m1，左边沙袋b的质量为m2(2)取出质量为m的砝码放在右边沙袋中，剩余砝码都放在左边沙袋中，发现a下降，b上升；（左右两侧砝码的总质量始终不变）（3）用刻度尺测出a从静止下降的距离h，用秒表测出a下降所用的时间t，则可知a的加速度大小a_；（4）改变m，测量相应的加速度a，得到多组m及a的数据，作出_(选填“am” 或“a ”)图线；（5）若求得图线的斜率k4 m/(kgs2)，截距b2 m/s2，则沙袋的质量m1_ kg，m2_ kg.【答案】（3）；（4）a-m；（5）3；1.5【名师点睛】本题是加速度不同的连接体问题，运用隔离法研究加速度，得到a与m的关系式，再根据图线的数学意义求解两个沙袋的质量。4如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系” 实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应的关系图。钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。下列说法正确的是a每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力b平衡摩擦时小车应与轻绳和钩码相连c本实验m2应远小于m1d在用图象探究加速度与质量关系时，应作图象实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若钩码重力记为，作出图像，他可能作出图2中 （选填“甲”、“ 乙”、“ 丙”）图线。此图线的ab段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是a小车与轨道之间存在摩擦 b导轨保持了水平状态c所挂钩码的质量太大 d所用小车的质量太大实验时，由于没有平衡摩擦力且轨道水平，绘制的图像如图3所示，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数 ，钩码的质量 。【答案】（1）d （2）丙；c （3）， 【解析】【名师点睛】会根据实验原理分析分析为什么要平衡摩擦力和让小车的质量m远远大于小桶（及砝码）的质量m，且会根据原理分析实验误差，同时掌握由牛顿第二定律列出方程，与图象的斜率与截距综合求解的方法.5在验证牛顿运动定律的实验中有如图8（a）所示的装置，小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连.开始时，小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离.启动计时器，释放重物，小车在重物牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离.打点计时器使用的交流电频率为50hz. 图8（b）中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如图箭头所示. (1)根据所提供的纸带和数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为 m/s2（计算结果保留两位有效数字）.(2) 打a段纸带时，小车的加速度是2.5m/s2，请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的 两点之间.(3) 若重力加速度取，由纸带数据可推算出重物m与小车的质量m比为m：m= .2.722.822.922.982.822.622.081.901.731.481.321.12单位：cmabc图8d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7【答案】（1）5.0m/s2 （2）物体在d4d5区间的速度可能最大；（3）【解析】1）c段的加速度为了减小误差，采用逐差法（2）b段中只有d4d5之间位移最大，所以最大速度一定在d4d5之间（3）c段时，ac=-5m/s2，设：斜面的夹角为，mgsin=mac sin=a段时，aa=2.5m/s2，mg-mgsin=（m+m）aa，解得：m：m=1：11【2016全国新课标卷】（10分）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有n=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。n123450.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用an图像求得小车（空载）的质量为_kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 ms2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_（填入正确选项前的标号）aan图线不再是直线ban图线仍是直线，但该直线不过原点can图线仍是直线，但该直线的斜率变大【答案】（3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）bc（5）根据牛顿第二定律可得，代入m=0.010 kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得。（6）因为如果不平衡摩擦力，则满足的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，a错误b正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故c正确。【方法技巧】对于高中实验，要求能明确实验原理，认真分析各步骤，从而明确实验方法；同时注意掌握图象的性质，能根据图象进行分析，明确对应规律的正确应用。2【2015浙江21】甲同学准备做“