高中物理必修一-模拟题汇编-实验：探究加速度与力、质量的关系(解析版)

2020-2021学年高中物理必修一模拟题汇编专题15实验：探究加速度与力、质量的关系1.(2018·辽宁省实验中学分校高一上学期期末)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置，钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，作出a－F图象，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．所用小车和砝码的质量m2太大D．钩码的质量m1太大【答案】甲；D【解析】：图丙表示平衡摩擦力过度，图甲表示没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。图线弯曲表示没有满足m2≫m1的实验条件。2.(2019·浙江省嘉兴一中高一上学期期中)如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是___(选填字母)。(2)在平衡阻力后，当小车总质量____(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时，小盘及盘内物体的总重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。实验时可通过增减小盘中____(选填“50g钩码”或“1g砝码”)的个数来改变拉力的大小。【答案】（1）_C；（2）远大于；1g砝码【解析】：(1)平衡阻力时，小车前面不能有拉力，小车后面要连接纸带，纸带要穿过打点计时器，故选C。(2)为减小误差，小车总质量要远大于小盘及盘内物体的总质量；实验时应通过增减“1g”砝码的个数来改变拉力的大小。3.(2018·河北省正定中学高一上学期期末)在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图(a)所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端。实验中力传感器的拉力为F，保持小车(包括位移传感器发射器)的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图(b)所示，则：(1)小车与轨道的滑动摩擦力f＝____N。(2)从图象中分析，小车(包括位移传感器发射器)的质量为____kg。(3)该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面的倾角θ调整到tanθ＝____。【答案】（1）0.50；（2）0.67；（3）0.075【解析】：(1)根据图象可知，当F＝0.50N时，小车开始有加速度，则f＝0.50N。(2)根据牛顿第二定律得：a＝eq\f(F－f,M)＝eq\f(1,M)F－eq\f(f,M)，则a－F图象的斜率表示小车质量的倒数，则M＝eq\f(1,k)＝eq\f(2,3)＝0.67kg。(3)为得到a与F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：Mgsinθ＝μMgcosθ解得：tanθ＝μ，根据f＝μMg得：μ＝eq\f(0.50,\f(2,3)×10)＝0.075，所以tanθ＝0.075。4.(2018·陕西西北大学附中高一上学期期末)某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图(b)所示。(1)图线____是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的(选填“①”或“②”)；(2)滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝____kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝____。【答案】（1）①；（2）0.5；0.2【解析】：(1)由图象①可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过度，所以图线①是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。(2)根据F＝ma得a＝eq\f(F,m)所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数。所以m＝eq\f(1,k)＝0.5kg由图形b得，在水平轨道上F＝1N时，加速度a＝0，根据牛顿第二定律得F－μmg＝0解得μ＝0.2。5.(2019·北京市东城区高一上学期期末)图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响)，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码。两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止运动。(1)用刻度尺测出两小车的位移，位移之比就等于它们的____之比；(2)为了探究加速度大小和力大小之间的关系，应保持两个___(选填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等；(3)为减小误差，应使小盘和砝码的总质量尽可能____(选填“远小于”“等于”或“大于”)小车质量。【答案】（1）加速度；（2）小车；（3）远小于【解析】：(1)根据初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系x＝eq\f(1,2)at2，两小车运动时间相等，位移与加速度成正比；(2)根据控制变量法，要探究加速度和力之间的关系，需要小车的质量保持不变，即两小车质量相等；(3)实验中用小盘和砝码的重力作为小车受到的拉力。只有在盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量时，绳对小车拉力大小近似等于盘和盘中砝码的重力。6．(2019·甘肃省兰州市高一上学期期末)在《探究加速度与力、质量的关系》实验中：(1)在实验中，以下做法正确的是____。A．平衡摩擦力时，应将重物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，先放开小车，后接通电源D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响(2)在这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a—F图象，如图中的A、B、C线所示；试分析：A线不通过坐标原点的原因是：____________________________；B线不通过坐标原点的原因是：______________________。C线发生弯曲的原因是：_______________________________________。【答案】（1）B；(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够;平衡摩擦力过度;没有满足重物的质量远小于小车的质量这一条件【解析】：(1)平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，让小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误。每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；实验时应先接通电源然后再放开小车，故C错误；当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力，故D错误；故选B。(2)从图线A中发现直线没过原点，当F≠0时，a＝0，也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的；从图线B中看出：当F＝0时，a≠0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，是平衡摩擦力过度引起的；图线C中图线出现弯曲，原因是：重物的质量不是远小于车的质量。7．(2018·江西省鹰潭市高一上学期期末)某同学欲运用牛顿第二定律测量滑块的质量M，其实验装置如图甲所示，设计的实验步骤为：(1)调整长木板倾角，当钩码的质量为m0时滑块恰好沿木板向下做匀速运动；(2)保持木板倾角不变，撤去钩码m0，将滑块移近打点计时器，然后释放滑块，滑块沿木板向下做匀加速直线运动，并打出点迹清晰的纸带如图乙所示(打点计时器的工作频率为50Hz)。请回答下列问题：①打点计时器在打下D点时滑块的速度vD＝____m/s；(结果保留3位有效数字)②滑块做匀加速直线运动的加速度a＝____m/s2；(结果保留3位有效数字)③滑块质量M＝(用字母a、m0和当地重力加速度g表示)。(3)保持木板倾角不变，挂上质量为m(均小于m0)的钩码，滑块沿木板向下匀加速运动，测出滑块的加速度；多次改变钩码的质量，分别求出相应的加速度。(4)若绳的拉力与所挂钩码的重力大小相等，作出a－mg图象如图丙所示，则由图丙可求得滑块的质量M＝____kg。(取g＝10m/s2，结果保留3位有效数字)【答案】（2）①1.69；②3.88；③eq\f(g,a)m0；（4）0.200【解析】：从图乙中可知xAB＝5.20cm，xBC＝5.84cm，xCD＝6.45cm，xDE＝7.07cm，xEF＝7.70cm。(2)①相邻计数点间的时间间隔为T＝2×0.02s＝0.04s，根据匀变速直线运动过程中的中间时刻速度推论可得，vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(6.45＋7.07,2×0.04)×10－2m/s＝1.69m/s。②根据逐差法可得a＝eq\f(xEF＋xDE－xCD－xBC,4T2)＝eq\f(0.0770＋0.0707－0.0645－0.0584,4×0.042)m/s2＝3.88m/s2③滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得m0g＝Mgsinθ－f，撤去m0时滑块做匀加速直线运动时，受到的合外力F合＝Mgsinθ－f，由牛顿第二定律得F合＝Ma，解得M＝eq\f(m0g,a)。(4)滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得Mgsinθ－f＝m0g，挂上质量为m的钩码时滑块沿木板向下做匀加速直线运动，受到的合外力为F′合＝Mgsinθ－f－mg，由牛顿第二定律得F′合＝Ma，解得a＝eq\f(m0,M)g－eq\f(m,M)g，由图丙所示图象可知k＝eq\f(1,M)＝eq\f(3.5－2.5,0.20)＝5，解得M＝0.200kg。8.(2019-2020学年·江苏省扬州市高一上学期期末调研)某实验小组欲以如图所示实验装置“探究加速度与物体受力和质量的关系”.图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电磁打点计时器(未画出)相连，小车的质量为m1，小盘(及砝码)的质量为m2.(1)下列说法正确的是()A.实验时先放开小车，再接通打点计时器的电源B.每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力C.本实验中应满足m2远小于m1的条件D.在用图象探究小车加速度与受力的关系时，应作a－m1图象(2)实验中，得到一条打点的纸带，如图所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则打点计时器打下F点时小车的瞬时速度的计算式为vF＝________，小车加速度的计算式a＝________.(3)某同学平衡好摩擦阻力后，在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变砝码重力，作出小车加速度a与砝码重力F的图象如图所示.若牛顿第二定律成立，重力加速度g＝10m/s2，则小车的质量为________kg，小盘的质量为________kg.(4)实际上，在砝码的重力越来越大时，小车的加速度不能无限制地增大，将趋近于某一极限值，此极限值为________m/s2.【答案】(1)C(2)eq\f(x5＋x6,2T)eq\f(x4＋x5＋x6－x3－x2－x1,9T2)(3)2.00.06(4)10【解析】(1)实验时应先接通打点计时器电源，再放开小车，A项错；每次改变小车质量时，没必要重新平衡摩擦力，B项错；实验要求m2≪m1，C项对；D项中应作a－m2或a－F图象，D错.(2)vF＝eq\x\to(v)＝eq\f(x5＋x6,2T)，由逐差法知a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x3－x2－x1,9T2).(3)由题图中的a－F图线可知：a＝eq\f(F,m1)＋0.3，即图线的斜率k＝eq\f(1,m1)，可求解得m1≈2.0kg.当F＝0时，a＝0.3m/s2，此时a＝eq\f(F0,m1)＝eq\f(m0g,m1)，所以m0＝0.06kg.(4)当砝码重力越来越大时，a＝eq\f(m＋m0g,m＋m0＋m1)，即m无限大时，a趋向于g.9.(2019-2020学年·山西大学附中高一上学期期末)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小.再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处的时间t.(1)木块的加速度可以用d和t表示为a＝________.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F的关系.下图中能表示该同学实验结果的是________.(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________.A.可以改变滑动摩擦力的大小B.可以更方便地获取更多组实验数据C.可以更精确地测出摩擦力的大小D.可以获得更大的加速度以提高实验精度【答案】(1)eq\f(2d,t2)(2)C(3)BC【解析】(1)由d＝eq\f(1,2)at2可得：a＝eq\f(2d,t2).(2)由牛顿第二定律可知F－F0＝ma，得a＝eq\f(1,m)F－eq\f(F0,m)，C选项正确.(3)挂钩码的方法不能连续改变细绳拉力大小，因此不能准确测出摩擦力的大小，也不利于获得多组测量数据，故B、C正确.10.(2019-2020学年·辽宁省实验中学分校高一上学期期末)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系.(1)下列做法正确的是________(填字母代号)A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量.(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图所示甲、乙两条直线.设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲____m乙，μ甲____μ乙.(选填“大于”“小于”或“等于”)【答案】(1)AD(2)远小于(3)小于大于【解析】(1)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木块不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A、D正确，B、C错误.(2)选木块和木块上砝码(设总质量为M)、砝码桶及桶内的砝码(设总质量为m)为研究对象，则mg＝(M＋m)a选砝码桶及桶内的砝码为研究对象则mg－FT＝ma联立解得：FT＝mg－eq\f(m2g,M＋m)要使FT＝mg，需要eq\f(m2g,M＋m)→0，即M≫m(3)对质量为m的木块由牛顿第二定律得：F－μmg＝ma即a＝eq\f(1,m)F－μg.上式与题图结合可知：eq\f(1,m甲)＞eq\f(1,m乙)，μ甲g＞μ乙g.即：m甲＜m乙，μ甲＞μ乙.11.(2019-2020学年·云南省实大姚一中高一上学期期末)如图甲所示是某同学在探究“物体质量一定时，加速度与合外力的关系”的实验装置，实验时将小车从光电门A的右侧由静止释放，与光电门连接的数字计时器可以测量遮光片经过光电门A、B所用的时间tA、tB，回答下列问题．(1)下列实验要求必须满足的是________．A．保证沙桶和沙的质量远小于小车的质量B．保持沙和沙桶的质量不变C．保持穿过光电门的细线与长木板平行D．保持小车的质量不变(2)为测算小车的加速度，实验中还需要测量的物理量有________和________________．(3)实验中改变沙和沙桶的质量，得到小车加速度a与测力计示数F的对应关系如图乙所示，图线不经过原点，可能的原因是__________．【答案】(1)CD(2)遮光片的宽度光电门A、B间的距离(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足【解析】(1)由于该实验装置的连接方式，沙桶和小车不具有共同的加速度，小车是在细线的拉力作用下加速运动，此拉力可由测力计示数获得，不需要用沙和沙桶的重力来代替，故不要求沙桶和沙的质量远小于小车的质量，故A错误；根据控制变量法原理可知，探究物体质量一定，加速度与合外力的关系时要保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的质量，故B错误，D正确；保持穿过光电门的细线与长木板平行，使平衡摩擦力