适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第3章运动和力的关系第6讲实验探究加速度与物体受力物体质量的关系

第6讲试验:探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.某同学为探究加速度a与物体所受合力F的关系,设计了如图甲所示试验装置,A为小车,B为电火花计时器,C为质量为m0的挂盘(可放砝码),D为一端带有定滑轮的长方形木板,试验所用电源的频率为50Hz。(1)关于试验的要点,下列说法正确的是。

A.与小车相连的细线与长木板确定要平行B.为了使小车受到的合外力等于细线上的拉力,应平衡摩擦力C.为了使细线上的拉力近似等于挂盘和盘中砝码的总重力,应使挂盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量D.平衡摩擦力的方法为调整挂盘中砝码的质量,使小车能匀速滑动(2)按规范操作进行试验,在试验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出),依据纸带可求出打点“3”时,小车的速度大小为m/s,求出小车的加速度大小为m/s2。(结果均保留三位有效数字)

(3)严格遵守试验要求,多次变更挂盘中砝码的质量,进行多次试验,记录每次试验时挂盘中砝码的质量m及对应的小车的加速度a,作出a-mg图像,得到的图像应是。

2.(2024广东高三联考)水平桌面上安装有如图甲所示的装置,可以用来探究加速度与力的关系。绕过动滑轮的两段轻绳均与桌面平行,光电门固定在竖直支架上。甲(1)用游标卡尺测量出遮光条的宽度,如图乙所示,遮光条的宽度d=cm。

乙(2)按图甲组装好器材后,在盒子内放入重物,由静止释放物块,在竖直支架上标记释放时遮光片的中心位置O,记录物块运动过程中力传感器的示数F以及遮光条通过光电门的遮光时间t,测量位置O到光电门的距离s。(3)多次变更放入盒子内的重物质量,调整物块位置使遮光条中心与支架上的O点平齐,再次由静止释放物块,记录相关数据。(4)以F为纵坐标、1t2为横坐标作出F-1t2图像,若当地的重力加速度大小为g,图像的斜率为k,图像在纵轴上的截距为b,则物块的质量m=,物块与桌面间的动摩擦因数μ=。(均用k、b、d、3.(2024广东模拟)用如图甲所示的装置探究加速度、力和质量的关系,带滑轮的长木板水平放置,弹簧测力计固定在墙上,小车上固定确定滑轮,细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。甲(1)试验时,下列操作必要且正确的是。

A.用天平测出沙和沙桶的质量B.将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力C.为了减小误差,试验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量D.应当先释放小车,再接通电源(2)利用打点频率为50Hz的打点计时器,得到的一条纸带如图乙所示(图中每两个计数点间还有四个点未画出)。乙则在该次试验中小车运动的加速度大小为m/s2(结果保留3位有效数字)。

(3)某同学做试验时,未把长木板的一侧垫高,就接着进行其他试验步骤,该同学作出的小车的加速度a与弹簧测力计示数F的图像如图丙所示,则试验中小车受到的摩擦力大小为。

丙4.(2024湖北卷)某同学利用测质量的小型家用电子秤,设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的试验。如图甲所示,木板和木块A放在水平桌面上,电子秤放在水平地面上,木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调整滑轮,使其与木块A间的轻绳水平,与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g),向左拉动木板的同时,记录电子秤的对应示数m。(1)试验中,拉动木板时(选填“必需”或“不必”)保持匀速。

(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量,则m和mA、mB、m0、μ、n所满意的关系式为m=。

(3)依据测量数据在坐标纸上绘制出m-n图像,如图乙所示,可得木块A和木板间的动摩擦因数μ=。(保留2位有效数字)

5.(2024广东模拟)某同学用如图甲所示装置验证小车加速度与力的关系。小车通过轻绳与钩码相连,固定在小车上的挡光片宽度为d,光电门固定在轨道上。试验时,将小车从某一位置由静止释放,通过光电门测出挡光片的挡光时间Δt,并记录弹簧测力计的示数F。变更动滑轮下悬挂的钩码个数,从同一位置由静止释放小车,进行多次测量,测得多组Δt和F,依据测得的数据在1Δt2甲乙(1)下列关于该试验的说法正确的是。

A.试验操作过程中须要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力B.该试验中,钩码的质量需远小于小车的质量C.小车加速时,弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半D.在误差允许的范围内,小车的加速度与悬挂的钩码所受重力大小的一半成正比(2)在试验操作完全正确的状况下,若小车的位移为s,小车的质量为m,则1Δt2关于F(3)该同学试验后发觉图像在纵轴上有一正截距,缘由可能是。

参考答案第6讲试验:探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.答案(1)ABC(2)0.5780.882(3)A解析(1)为了使小车受到的合外力等于细线上的拉力,与小车相连的细线与长木板确定要平行,且应平衡摩擦力,A、B正确;对小车,由牛顿其次定律有F=m车a,设挂盘和盘中砝码的总质量为m',对挂盘和盘中砝码有m'g-F'=m'a,又F'=F,解得F=m车m'gm车+m'=(2)试验所用电源的频率为50Hz,且相邻两计数点间还有四个点没有画出,可知纸带上相邻两计数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s,由中间时刻的瞬时速度等于平均速度,可得纸带打点“3”时,小车的速度大小为v3=ΔsΔt=5.34+6.212×0.1(7.10+8.00+8.86)-(4.47+5(3)由题意可得mg+m0g=m车a,整理可得a=1m车mg+m0gm车,可知a与2.答案(1)0.600(4)8解析(1)游标卡尺是20分度的,分度值为0.05mm,故遮光条的宽度d=6mm+0×0.05mm=6.00mm=0.600cm。(4)盒子与重物经过光电门时的速度大小v=dt,依据匀变速直线运动的规律有v2=2as,可得a=v22s=d22st2,则物块的加速度大小a物=12a=d24st2,对物块,依据牛顿其次定律有2F-μmg=ma3.答案(1)B(2)1.19(3)2F0解析(1)为了使细绳对小车的拉力等于小车所受外力的合力,试验时,须要将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力,故B正确;弹簧测力计能够干脆测量出细绳的拉力大小,即可以干脆求出小车所受外力的合力,所以试验中不须要用天平测出沙和沙桶的质量,也不须要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量,故A、C错误;运用打点计时器时,应当先接通电源,后释放纸带,故D错误。(2)依据逐差法可得小车运动的加速度大小为a=[(5.00+6.23)-(2.(3)若试验时未把木板的一侧垫高,则有2F-f=ma,所以a=2mF-fm,结合图像,将坐标(F0,0)代入函数式,解得f=2F4.答案(1)不必(2)m=mB-μ(mA+nm0)(3)0.40解析(1)木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关,则试验中,拉动木板时不必保持匀速。(2)对木块、砝码以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg解得m=mB-μ(mA+nm0)。(3)依据m=mB-μmA-μm0·n结合题图可知μm0=59-则μ=0.40。5.答案(1)AC(2)1Δt解析(1)为了使弹簧测力计的读数等于小车所受的合力,试验操作过程中须要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力,选项A正确;该试验中,有弹簧测力计测量小车所受的拉力,所以不须要钩码的质量远小于小车的质量,选项B错误;小车加速时,钩码失重,则弹簧测力计的示数小于所挂