2010高三物理高考精品讲练系列学案：实验（1）探究加速度与力、质量的关系

用心 爱心 专心 实验 探究加速度与力 质量的关系 例例 1 1 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 在研究加速度 a 与小车的质量 M 的关 系时 由于没有注意始终满足 M m 的条件 结果得到的图象应是下图中的 答案答案 D 例例 2 2 某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验 如图所示 图甲为实验装置简图 交流电的频率为 50 Hz 1 图乙为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m s2 保留两位有效数字 2 保持砂和小砂桶质量不变 改变小车质量 m 分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的 m 1 数据如下表 请在下图给出的方格坐标纸中画出 a m 1 图线 并根据图线求出小车加速度 a 与质量倒数 用心 爱心 专心 m 1 之间的关系式是 3 保持小车质量不变 改变砂和小砂桶质量 该同学根据实验数据作出了加速度 a 随合力 F 的变化图线 如下图所示 该图线不通过原点 其主要原因是 答案答案 1 3 2 2 a m2 1 见下图 3 未平衡摩擦力或平衡 摩擦力不充分 例例 3 3 如图右所示 质量为 M 的滑块 A 放在气垫导轨 B 上 C 为位移传 感器 它能将滑块 A 到传感器 C 的距离数据实时传送到计算机上 经计 算机处理后在屏幕上显示滑块 A 的位移 时间 s t 图象和速率 时 间 v t 图象 整个装置置于高度可调节的斜面上 斜面的长度为 l 高度为 h 取重力加速度 g 9 8 m s2 结果可保留一位有效数字 1 现给滑块A 一沿气垫导轨向上的初速度 A 的 v t 图线如下图所示 从图线可得滑块A 下 滑时的加速度a m s2 摩擦力对滑块 A 运动的影响 填 明显 不可忽略 或 不明显 可忽略 用心 爱心 专心 2 此装置还可用来验证牛顿第二定律 实验时通过改变 可验证质量 一定时 加速度与力成正比的关系 通过改变 可验证力一定时 加速度 与质量成反比的关系 3 将气垫导轨换成滑板 滑块 A 换成滑块 A 给滑块 A 一沿滑板向上的初速度 A 的 s t 图线如下图所示 图线不对称是由于 造成的 通过图线可求得滑板的 倾角 用反三角函数表示 滑块与滑板间的动摩擦因数 答案答案 1 6 不明显 可忽略 2 斜面高度 h 滑块 A 的质量 M 及斜面的高度 h 且使 M 和 h 保持不变 3 滑块与斜面间存在滑动摩擦力作用 arcsin 0 6 arcsin 0 57 arcsin 0 64 都算对 0 3 0 2 0 4 都算对 1 关于验证牛顿运动定律的实验 下列说法中符合实际的是 A 通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F 的研究 能归纳出加速度 力 质量三者 之间的关系 B 通过保持小车质量不变 只改变小车的拉力的研究 就可以归纳出加速度 力 质量三 者之间的关系 C 通过保持小车受力不变 只改变小车质量的研究 就可以得出加速度 力 质量三者之 间的关系 D 先不改变小车质量 研究加速度与力的关系 再不改变力 研究加速度与质量的关系 最后 归纳出加速度 力 质量三者之间的关系 答案答案 D 2 在利用打点计时器和小车来做 验证牛顿运动定律 的实验时 下列说法中正确的是 A 平衡摩擦力时 应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B 连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 用心 爱心 专心 C 平衡摩擦力后 长木板的位置不能移动 D 小车释放前应靠近打点计时器 且应先接电源再释放小车 答案答案 BCD 3 做 验证牛顿运动定律 的实验 主要的步骤有 A 将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上 取两个质量相等的小车 放在光滑的水平 长木板上 B 打开夹子 让两个小车同时从静止开始运动 小车运动一段距离后 夹上夹子 让它们同时 停下来 用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小 C 分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系 从 而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系 D 在小车的后端也分别系上细绳 用一只夹子夹住这两根细绳 E 在小车的前端分别系上细绳 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘 盘内分别放着数目 不等的砝码 使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 分别用天平测出两个砝 码盘和盘内砝码的总质量 上述实验步骤 正确的排列顺序是 答案答案 AEDBC 4 如图所示 是某次利用气垫导轨探究加速度与力 质量关系的实 验装置安装完毕后的示意图 图中 A 为砂桶和砂 B 为定滑轮 C 为滑块及上面添加的砝码 D 为纸带 E 为电火花计时器 F 为蓄电池 电压为 6 V K 是电键 请指出图中的三处错误 1 2 3 答案答案 1 B 接滑块的细线应水平 或与导轨平行 2 C 滑块离计时器太远 3 E 电火花计时器用的是 220 V 的交流电 不能接直流电 5 现要验证 当质量一定时 物体运动的加速度与它所受的合外力成正比 这一物理 用心 爱心 专心 规律 给定的器材如下 一倾角可以调节的长斜面 如图所示 小车 计时器一个 米尺 1 填入适当的公式或文字 完善以下实验步骤 不考虑摩擦力的影响 让小车自斜面上方一固定点 A1从静止开始下滑至斜面底端 A2 记下所用的时间 t 用米尺测量 A1与 A2之间的距离 s 则小车的加速度 a 用米尺测量 A1相对于 A2的高度 h 设小车所受重力为 mg 则小车所受的合外力 F 改变 重复上述测量 以 h 为横坐标 1 t2为纵坐标 根据实验数据作图 如能得到一条过原点的直线 则可以验 证 当质量一定时 物体运动的加速度与它所受的合外力成正比 这一规律 2 在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中 某同学设计的方案是 调节斜面倾角 使小车在斜面上匀速下滑 测量此时 A1点相对于斜面底端 A2的高度 h0 进行 1 中的各项测量 计算与作图时用 h h0 代替 h 对此方案有以下几种评论意见 A 方案正确可行 B 方案的理论依据正确 但利用所给器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动 C 方案的理论依据有问题 小车所受摩擦力与斜面倾角有关 其中合理的意见是 答案答案 1 2 2 t s mg s h 斜面倾角 或 h 的数值 2 C 6 若测得某一物体质量 M 一定时 a 与 F 的有关数据资料如下表所示 1 根据表中数据 在下图坐标中画出 a F 图象 2 根据图象判定 当 M 一定时 a 与 F 的关系为 答案答案 1 见右图 用心 爱心 专心 2 正比关系 知识整合 演练高考 题型题型 1 1 惯性的应用惯性的应用 例例 1 1 2008 2008 全国全国 15 15 如图所示 一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧 其左 端固定在小车上 右端与一小球相连 设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压 缩状态 若忽略小球与小车间的摩擦力 则在此段时间内小车可 能是 A 向右做加速运动B 向右做减速运动 C 向左做加速运动D 向左做减速运动 答案答案 AD 题型题型 2 2 用牛顿第二定律分析问题用牛顿第二定律分析问题 例例 2 2 2008 2008 宁夏宁夏 20 20 有一固定斜面的小车在水平面上做直线运动 小球通过细绳与车 顶 相连 小球某时刻正处于如图所示状态 设斜面对小球的支持力为 N 细绳对小球的拉力为 T 关于此时刻小球的受力情况 下列说法正确的是 A 若小车向左运动 N 可能为零B 若小车向左运动 T 可能为零 C 若小车向右运动 N 不可能为零D 若小车向右运动 T 不可能为零 答案答案 AB 题型题型 3 3 超重与失重超重与失重 例例 3 3 2007 2007 山东山东 17 17 下列实例属于超重现象的是 A 汽车驶过拱形桥顶端B 荡秋千的小孩通过最低点 C 跳水运动员被跳板弹起 离开跳板向上运动D 火箭点火后加速升空 答案答案 BD 题型题型 4 4 综合动力学问题综合动力学问题 例例 4 4 2007 2007 江苏江苏 19 19 如图所示 一轻绳吊着粗细均匀的棒 棒下端离地面高 H 上 用心 爱心 专心 端套着一个细环 棒和环的质量均为 m 相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力 kmg k 1 断 开轻绳 棒和环自由下落 假设棒足够长 与地面发生碰撞时 触地时间极短 无动能损失 棒在 整个运动过程中始终保持竖直 空气阻力不计 求 1 棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中 环的加速度 2 从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间 棒运动的路程 s 3 从断开轻绳到棒和环都静止 摩擦力对环及棒做的总功 W 答案答案 1 k 1 g 方向竖直向上 2 H k k 1 3 3 1 2 k kmgH 1 2008 2008 广东广东 1 1 伽利略在著名的斜面实验中 让小球分别沿倾角不同 阻力很小的斜面 从静止开始滚下 他通过实验观察和逻辑推理 得到的正确结论有 A 倾角一定时 小球在斜面上的位移与时间成正比 B 倾角一定时 小球在斜面上的速度与时间成正比 C 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关 D 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端时所需的时间与倾角无关 答案答案 B 2 2008 2008 广东理科基础广东理科基础 12 12 质量为 m 的物体从高处由静止释放后竖直下落 在某时刻受 到的空气阻力为 f 加速度为 a 3 1 g 则 f 的大小是 A f 3 1 mgB f 3 2 mgC f mgD f 3 4 mg 答案答案 B 3 2008 2008 山东山东 19 19 直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子 如图所示 设投放 初速度为零 箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比 且运动过程中箱子始终 保持图示姿态 在箱子下落过程中 下列说法正确的是 A 箱内物体对箱子底部始终没有压力 B 箱子刚从飞机上投下时 箱内物体受到的支持力最大 C 箱子接近地面时 箱内物体受到的支持力比刚投下时大 D 若下落距离足够长 箱内物体有可能不受底部支持力而 飘起来 答案答案 C 用心 爱心 专心 4 2008 2008 江苏江苏 7 7 如图所示 两光滑斜面的倾角分别为 30 和 45 质量分别为 2m 和 m 的两个滑块用不可伸长的轻绳通过滑轮连接 不计 滑轮的质量和摩擦 分别置于两个斜面上并由静止释放 若交换两滑块位置 再由静止释 放 则在上述两种情形中正确的有 A 质量为 2m 的滑块受到重力 绳的张力 沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用 B 质量为 m 的滑块均沿斜面向上运动 C 绳对质量为 m 的滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力 D 系统在运动中机械能均守恒 答案答案 BD 5 2008 2008 天津天津 20 20 一个静止的质点 在 0 4 s 时间内受到力 F 的作用 力的方向始终在 同一直线上 力 F 随时间 t 的变化如图所示 则质点在 A 第 2 s 末速度改变方向 B 第 2 s 末位移改变方向 C 第 4 s 末回到原出发点 D 第 4 s 末运动速度为零 答案答案 D 6 2008 2008 全国全国 18 18 如图所示 一很长的 不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定 滑轮 绳两端各系一小球 a 和 b a 球质量为 m 静置于地面 b 球质量为 3m 用手 托住 高度为 h 此时轻绳刚好拉紧 从静止开始释放 b 后 a 可能达到的最大高度 为 A hB 1 5hC 2hD 2 5h 答案答案 B 7 2008 北京北京 20 有一些问题你可能不会求解 但是你仍有可能对这 些问题的解是否合理进行分析和判断 例如从解的物理量单位 解随某 些已知量变化的趋势 解在一些特殊条件下的结果等方面进行分析 并 与预期结果 实验结论等进行比较 从而判断解的合理性或正确性 举例如下 如图所示 质量为 M 倾角为 的滑块 A 放于水平地面上 把质量为 m 的滑块 B 放在 A 的斜面上 忽 略一切摩擦 有人求得 B 相对地面的加速度 a sin sin g mM mM 式中 g 为重力加速度 对于 上述解 某同学首先分析了等号右侧量的单位 没发现问题 他进一步利用特殊条件对该解 用心 爱心 专心 做了如下四项分析和判断 所得结论都是 解可能是对的 但是 其中有一项是错误的 请你指出该项 A 当 0 时 该解给出 a 0 这符合常识 说明该解可能是对的 B 当 90 时 该解给出 a g 这符合实验结论 说明该解可能是对的 C 当 M m 时 该解给出 a gsin 这符合预期的结果 说明该解可能是对的 D 当 m M 时 该解给出 a sin g 这符合预期的结果 说明该解可能是对的 答案答案 D 8 2008 上海上海 5 在伽利略羊皮纸手稿中发现的斜面实验数据如下表所示 人们推测第二 三列数据可能分别表示时间和长度 伽利略的一个长度单位相当于现在的 30 29 mm 假设一个 时间单位相当于现在的 0 5 s 由此可以推算实验时光滑斜面的长度至少为 m 斜 面的倾角约为 度 g 取 10 m s2 表 伽利略手稿中的数据 1132 42130 93298 164526 255824 3661 192 4971 600 6482 104 答案答案 2 034 1 5 9 2008 海南海南 15 科研人员乘气球进行科学考察 气球 座舱 压舱物和科研人员的总 质量为 990 kg 气球在空 中停留一段时间后 发现气球漏气而下降 及时堵住 堵住时气球下降速度为 1 m s 且做匀 加速运动 4 s 内下降了 12 m 为使气球安全着陆 向舱外缓慢抛出一定的压舱物 此后发现 气球做匀减速运动 下降速度在 5 分钟内减少了 3 m s 若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略 重力加速度 g 取 9 89 m s2 求抛掉的压舱物 的质量 答案答案 101 kg 10 2008 上海上海 21 总质量为 80 kg 的跳伞运动员从离地 500 m 的直升机上跳下 经过 2 s 拉开绳索开启降落伞 如图所示是跳伞过程中的 v t 图象 试根据图象 用心 爱心 专心 求 g 取 10 m s2 1 t 1 s 时运动员的加速度和所受阻力的大小 2 估算 14 s 内运动员下落的高度及克服阻力做的功 3 估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间 答案答案 1 8 m s2 160 N 2 158 m 1 25 105J 3 71 s 11 2007 海南海南 16 如图所示 一辆汽车 A 拉着装有集装箱的拖车 B 以 速度 v1 30 m s 进入向下倾斜的直车道 车道每 100 m 下降 2 m 为使汽车速度在 s 200 m 的距离内减到 v2 10 m s 驾驶员 必须刹车 假定刹车时地面的摩擦阻力是恒力 且该力的70 作 用于拖车B 30 作用于汽车A 已知 A 的质量 m1 2 000 kg B 的质量 m2 6 000 kg 求汽车与拖 车的连接处沿运动方向的相互作用力 重力加速度 g 取 10 m s2 答案答案 880 N 章末检测 一 选择题一 选择题 共 8 小题 每小题 6 分 共 48 分 1 用绝缘细线将一个质量为 m 带电荷量为 q 的小球悬挂在天花板下面 设空间中存在有沿水 平方向的匀强电场 当小球静止时把细线烧断 小球将做 A 自由落体运动B 曲线运动 C 沿悬线的延长线做匀加速直线运动D 变加速直线运动 答案答案 C 2 如图所示 质量分别为 mA mB的 A B 两物块用轻线连接放在倾角为 的斜面上 用始终平 行于斜面向上的拉力 F 拉 A 使它们沿斜面匀加速上升 A B 与斜面的动摩擦因数均为 为了增加轻线上的张力 可行的办法是 A 减小 A 物块的质量B 增大 B 物块的质量 C 增大倾角 D 增大动摩擦因数 答案答案 AB 3 如图所示 在一无限长的小车上 有质量分别为 m1和 m2的两个滑块 m1 m2 随车一起向右 匀加速运动 设两滑块与小车间的动摩擦因数均为 其他阻力不计 当车突然停止时 以 下说法正确的是 用心 爱心 专心 A 若 0 两滑块一定相碰B 若 0 两滑块一定不相碰 C 若 0 两滑块一定相碰D 若 0 两滑块一定不相碰 答案答案 BD 4 物块 A1 A2 B1 B2的质量均为 m A1 A2用一轻杆连接 B1 B2用轻质弹 簧连接 两个装置都放在水平的支托物 M 上 处于平衡状态 如图所示 今 突然迅速地撤去支托物 M 在除去支托物的瞬间 A1 A2所受到的合力分别 为 f1和 f2 B1 B2所受到的合力分别为 F1和 F2 则 A f1 0 f2 2mg F1 0 F2 2mgB f1 mg f2 mg F1 0 F2 2mg C f1 0 f2 2mg F1 mg F2 mgD f1 mg f2 mg F1 mg F2 mg 答案答案 B 5 如图所示 甲运动员在球场上得到篮球之后 甲 乙以相同的速度并排向同一方向奔跑 甲运动员要将球传给乙运动员 不计空气阻力 问他应将球向什么方向抛出 A 抛出方向与奔跑方向相同 如图中箭头 1 所指的方向 B 抛出方向指向乙的前方 如图中箭头 2 所指的方向 C 抛出方向指向乙 如图中箭头 3 所指的方向 D 抛出方向指向乙的后方 如图中箭头 4 所指的方向 答案答案 C 6 在离坡底 10 m 的山坡上竖直地固定一长 10 m 的直杆 AO 即 BO AO 10 m A 端与坡底 B 间连有一钢绳 一穿于钢绳上的小球从 A 点由静止开始沿钢绳无摩擦地滑下 取 g 10 m s2 如 图所示 则小球在钢绳上滑行的时间为 A 2B 2 sC 4 sD s3 答案答案 B 7 如图所示 自由下落的小球下落一段时间后 与弹簧接触 从它接触弹簧 开始 到弹簧压缩到最短的过程中 即弹簧上端位置由 A O B 且弹簧被 用心 爱心 专心 压缩到 O 位置时小球所受弹力等于重力 则小球速度最大时弹簧上端位于 A A 位置B B 位置 C O 位置D OB 之间某一位置 答案答案 C 8 如图所示 完全相同的容器 E F G 小孔 a 与大气相通 容 器口封闭 T 为阀门 水面的高度相同 在 E 静止 F G 同时 竖直向上和向下以加速度 a 运动的同时打开三个容器的阀门 则 以下说法中正确的是 A 从三个容器阀门流出的水速大小关系是 vE vFvF vG C 水有可能不从 G 容器的 T 阀门中流出 D 从三个容器阀门流出的水速大小关系可能是 vF vG vE 答案答案 C 二 计算论述题二 计算论述题 共 4 小题 共 52 分 其中 9 10 小题各 12 分 11 12 小题各 14 分 9 小车上固定有一个竖直方向的细杆 杆上套有质量为 M 的小环 环通过细绳与质 量为 m 的小球连接 当车向右匀加速运动时 环和球与车相对静止 绳与杆之间 的夹角为 如图所示 求杆对环作用力的大小和方向 答案答案 M m g 2 tan1 方向沿右上方与杆间的夹角为 10 如图所示 劲度系数为 k 的轻质弹簧一端与墙固定 另一端与倾角为 的斜面体小车连接 小 车置于光滑水平面上 在小车上叠放一个物体 已知小车质量为 M