2025版正禾一本通高三一轮总复习物理-16实验(四)　探究加速度与物体受力、物体质量的关系

[实验(四)]探究加速度与物体受力、物体质量的关系________________________________________________________________________(每题10分，建议用时：50分钟)1．(10分)(2024·广东佛山模拟)某小组想尝试通过测量两辆小车甲和乙在相同时间内通过的位移来比较它们的加速度，进而探究加速度与力的关系。实验装置如图所示，将轨道分上下双层排列，两小车尾部的刹车线由后面的刹车系统控制，能保证小车同时从静止开始运动且同时立即停止。通过改变槽码盘中的槽码来改变拉力的大小。(1)甲同学认为可以通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小。因为两辆小车的运动时间相同，根据公式__________，可知两小车甲和乙的位移s甲、s乙与加速度a甲、a乙的关系满足__________。(4分)(2)已知两小车质量均为500g，实验数据如如下表所示。分析表中同组实验数据可知，在误差允许范围内，拉力与位移成________比，根据(1)，得出加速度大小与拉力成正比关系。(3分)实验次数小车拉力F/N位移x/cm1甲0.122.3乙0.243.52甲0.229.0乙0.343.03甲0.341.0乙0.455.4(3)如果乙同学还要利用上述装置进行“探究加速度与质量的关系”实验，应该怎样调整实验条件？________________________________________。(3分)解析：(1)两小车都做初速度为零的匀加速直线运动，故应用的公式为x＝eq\f(1,2)at2故两车的位移与时间的关系为s甲＝eq\f(1,2)a甲t2，s乙＝eq\f(1,2)a乙t2故有eq\f(s甲,s乙)＝eq\f(a甲,a乙)。(2)分析表中同组实验数据可知，在误差允许范围内，拉力与位移成正比。(3)如果乙同学还要利用上述装置进行“探究加速度与质量的关系”实验，采用控制变量法，使槽码盘中槽码不变，改变小车的质量。答案：(1)x＝eq\f(1,2)at2eq\f(s甲,s乙)＝eq\f(a甲,a乙)(2)正(3)保持槽码盘中槽码不变，改变小车的质量2．(10分)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图(b)所示，h＝________cm；(5分)(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根据表中数据在图(c)上描点，绘制图线。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是________m/s2(保留三位有效数字)。(5分)解析：(1)垫块的厚度为h＝1cm＋2×0.1mm＝1.02cm。(5)绘制图线如图：根据mg·eq\f(nh,l)＝ma可知，a与n成正比关系，则根据图像可知，斜率k＝eq\f(0.6,7)＝eq\f(a,4)，解得a≈0.343m/s2。答案：(1)1.02(5)见解析图0.3433．(10分)(2023·湖南岳阳模拟)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下面是实验操作步骤，请你整理出正确的操作顺序，从先到后依次是________。(2分)A．抬高长木板一端平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动B.接通电源后释放小车，使小车在细线的拉动下运动，测出槽码的重力mg作为细线对小车的拉力F，利用纸带测量出小车的加速度aC．将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上D．把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与槽码相连E．更换纸带，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，重复步骤B的操作(2)实验中打出的纸带如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为0.1s，纸带上只测出了两组数据，图中长度单位为cm，由此可以算出小车运动的加速度大小a＝________m/s2。(2分)(3)实验得到的理想aF图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图丙所示的三种情况，图线①产生的原因是不满足槽码的总质量远________(填“小于”或“大于”)小车的质量的条件；图线②产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过________(填“小”或“大”)；图线③产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过________(填“小”或“大”)。(6分)解析：(1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为CADBE。(2)由Δx＝aT2得(7.1－1.1)×10－2m＝3aT2，解得a＝2m/s2。(3)实验中认为槽码的总重力等于绳的拉力F，则加速度a＝eq\f(mg,M＋m)，当m≪M时，图线是直线，所以图线①的上部弯曲的原因是当小车受拉力F较大时，不满足槽码的总质量远小于小车的质量的条件；图线②在a轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大，拉力F＝0(即不挂槽码)时小车就具有了加速度；图线③在F轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过小，只有当拉力F增加到一定值时，小车才获得加速度。答案：(1)CADBE(2)2(3)小于大小4．(10分)(2023·上海高考)如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置，实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力。先测出钩码所受的重力为G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt。(1)实验中________测出小车质量m车。(2分)A．必须B．不必(2)为完成实验还需要测量①________________；②______________________。(4分)(3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是__________________________________________________________________。(2分)(4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行是加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1________a2。(选填“大于”“小于”或“等于”)(2分)解析：(1)实验的目的是研究加速度与力的关系，研究加速度与合力正比关系，只需控制小车质量不变即可，不须测出小车的质量，故选B。(2)小车经过光电门的速度为v＝eq\f(d,Δt)，由运动学公式2ax＝v2，联立可得小车的加速度a＝eq\f(d2,2x（Δt）2)，所以需要测量小车释放点到光电门的距离x和遮光条的宽度d。(3)钩码在重力和拉力作用下向下做匀加速运动，加速度方向竖直向下，根据牛顿第二定律可知钩码的拉力小于钩码的重力，而钩码的拉力大小等于小车绳子拉力的大小，所以实际小车受到的拉力小于钩码的总重力。(4)本实验忽略摩擦力的影响时，细线平行时T＝ma1，若滑轮偏低导致细线与轨道不平行，受力方向如图所示，由牛顿第二定律有Tcosβ＝ma2，所以有a1>a2。答案：(1)B(2)①小车释放点到光电门的距离x②遮光条的宽度d(3)钩码有向下的加速度，拉力小于重力(4)大于5．(10分)(2023·重庆沙坪坝二模)如图甲所示，某学习小组利用气垫导轨、位移传感器和滑块等器材做验证牛顿第二定律的实验。首先将位移传感器固定在气垫导轨左端，把气垫导轨右端垫起一定高度，测量气垫导轨的长度L和右端垫起的高度H；将质量为M的滑块从气垫导轨顶端由静止释放，传感器采集数据，经计算机处理后得到滑块的位移与时间的比值eq\f(x,t)随时间t变化的图像。(1)某次实验得到的eq\f(x,t)t图线如图乙所示，从图线可得滑块下滑的加速度大小a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)。(3分)(2)通过改变________________，可验证当滑块质量一定时，加速度与力成正比。(3分)(3)换用质量M不同的滑块，调节气垫导轨右端垫起的高度H，保持________(用M、H表示)不变时，可验证力一定时，加速度与滑块的质量成反比。(4分)解析：(1)滑块由静止匀加速下滑，有x＝eq\f(1,2)at2，可得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at，则图线斜率k＝eq\f(1,2)a＝eq\f(0.6－0,0.6－0)＝1，解得滑块下滑的加速度大小a＝2.0m/s2。(2)当滑块质量一定时，可以通过改变气垫导轨右端垫起的高度H，来改变滑块沿导轨方向的重力的分量，即合力的大小，探究加速度与力的关系。(3)由于滑块下滑加速的力是由重力沿导轨向下的分力提供，所以要保证重力沿导轨向下的分力不变，应该使Mgeq\f(H,L)不变，所以应该调节滑块的质量及导轨右端垫起的高度，保持MH不变。答案：(1)2.0(2)高度H(3)MH6．(10分)一研究性学习小组利用图甲装置测定滑块加速运动时与平直长木板间的动摩擦因数。(1)实验过程如下：①将长木板固定在水平桌面上，其右端安装定滑轮，左端固定位移传感器；总质量为M的滑块(含拉力传感器)在长木板上紧靠位移传感器放置，拉力传感器通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重物连接，调节长木板右端定滑轮使细绳与长木板平行；②静止释放滑块，记录拉力传感器和位移传感器的数据，用计算机拟合得到滑块位移随时间变化的st图像如图乙所示，该图线的函数表达式是s＝1.20t2(m)，则可得滑块加速度a＝________m/s2(计算结果保留两位小数)；(3分)③若滑块的加速度为a时，拉力传感器示数为FT，则滑块与长木板间的动摩擦因数μ＝________(用题中物理量字母符号表示)。(3分)(2)本实验中如果不满足滑块质量远大于重物质量，对实验结果的分析________影响(选填“有”“无”)。