XX选考高考物理一轮复习 实验 探究加速度与力、质量的关系夯基提能作业本

PAGE实验3探究加速度与力、质量的关系1.[2018浙江11月选考,17(2)]在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,两个相同的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制,如图1所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。图1图2①请指出图2中错误之处:。

②调整好装置后,在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2,则两车的加速度之比为。

答案①拉小车的细绳没有与水平板平行,m没有远小于M②x1∶x2解析细绳拉力方向应与水平板平行,以保证小车受到恒力的作用,从而加速度恒定,如果不平行,则随着小车的运动,小车水平方向的拉力会发生变化;同时根据题意“小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力”,只有当m远小于M时,可以近似把小车的拉力近似等于托盘和重物的重力。根据x=at2可知,两车同时释放,同时静止,加速度之比等于位移之比。2.(1)(多选)利用下图装置可以做力学中的若干实验,以下说法正确的是。

A.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,必须设法消除小车和木板间的摩擦力的影响B.用此装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量C.用此装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,每次改变盘和盘内砝码总质量后,不需要重新平衡摩擦力D.用此装置做“探究功与速度变化的关系”实验时,不需要平衡小车运动中所受的摩擦力。(2)(多选)在用此装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,下列说法正确的是。

A.应先释放纸带再接通电源B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行C.纸带与小车相连端的点迹较密D.轻推小车,若拖着纸带的小车能够匀速下滑,则说明摩擦力已被平衡(3)如图所示是实验时打出的一条纸带,A、B、C、D…为每隔2个点选取的计数点,据此纸带可知E点瞬时速度大小为m/s。

答案(1)BC(2)BCD(3)0.40±0.01m/s解析(1)用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,只要使小车做匀加速运动即可,没必要消除小车和木板间的摩擦力的影响,选项A错误;在用此装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量,这样才近似认为盘及盘内砝码的重力等于小车受到的拉力,选项B正确;因平衡摩擦力后满足mgsinθ=μmgcosθ,两边消去了m,则用此装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,每次改变盘和盘内砝码总质量后,不需要重新平衡摩擦力,选项C正确;用此装置做“探究功与速度变化的关系”实验时,需要平衡小车运动中所受的摩擦力,这样才能认为砝码的拉力做的功等于合外力做的功,选项D错误。故选B、C。(2)实验中要先接通电源再释放纸带,选项A错误;拉小车的细线应尽可能与长木板平行,以减小实验的误差,选项B正确;纸带与小车相连端的点迹是运动刚开始时打出的,所以较为密集,选项C正确;轻推小车,若拖着纸带的小车能够匀速下滑,则说明摩擦力已被平衡,选项D正确。故选B、C、D。(3)由题意可知T=0.06s,求得vE==m/s=0.41m/s。3.某实验小组用如图所示装置研究加速度与力的关系,图中带滑轮的长木板水平放置于桌面,拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小。(1)(多选)实验时,下列操作必要且正确的是。

A.未吊砂桶时将长木板右端适当垫高,使小车能匀速滑动B.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录传感器的示数C.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带D.用天平测出砂和砂桶的质量E.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量(2)若直接按上图所示装置进行实验,以传感器的示数F为横坐标,以通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标,画出的a-F图像合理的是。

答案(1)ABC(2)B解析(1)实验前要平衡摩擦力,将长木板右端适当垫高,使小车能匀速滑动,故A正确;为充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录传感器的示数,故B正确;为得出普遍规律,要改变砂和砂桶质量,打出几条纸带,故C正确;小车受到的拉力可由拉力传感器测出来,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,故D错误;小车受到的拉力可以由拉力传感器测出,实验中不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,故E错误。故选A、B、C。(2)小车质量不变时,加速度与拉力成正比,所以a-F图像是一条倾斜的直线,由实验装置可知,实验前没有平衡摩擦力,则画出的a-F图像在F轴上有截距,故选B。4.某同学设计了如图甲所示的装置来探究“加速度与合力的关系”。带滑轮的长木板水平放置,滑块右端与穿过打点计时器的纸带相连,左端通过拉力传感器连接细线与砂桶。将滑块由静止释放,直接由拉力传感器读出细线的拉力F,根据打出的纸带求出加速度a。改变砂桶内细砂质量,得到若干组a-F数据。进行数据分析处理,得出“加速度与合力的关系”。请回答下列实验的相关问题。甲乙(1)实验中力传感器的示数F(选填“大于”“小于”或“等于”)细砂和砂桶受到的总重力。

(2)图乙是某次实验得到的一条纸带的一部分,测得各计数点到O点的距离分别为OA=2.00cm,OB=5.49cm,OC=10.49cm,OD=17.00cm,OE=25.01cm,OF=34.52cm,每相邻两个计数点间还有4个点未画出,所用交流电源频率为50Hz。滑块的加速度a=m/s2。(结果保留两位小数)

(3)根据记录数据该同学作出a-F图像如图丙所示,由图像可知滑块A的质量为kg,受到的摩擦力大小为N。

丙答案(1)小于(2)1.50(3)0.20.32解析(1)砂桶做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得mg-F=ma,则F<mg。(2)每相邻两个计数点间还有4个点,则T=0.1s,根据Δx=aT2,解得a==×10-2=1.5m/s2。(3)对滑块A,根据牛顿第二定律有F-f=mAa,变形得a=F-,a-F图像中横轴的截距表示小车和传感器受到的总的摩擦力大小,由图可知,该摩擦力大小为0.32N,a-F图像中的斜率k=,由图中数据可求出k=5kg-1,故mA==0.2kg。5.某学习小组利用图所示的实验装置研究滑块加速度a与质量M间的关系。实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,滑块的加速度可以由加速度传感器测量得到,拉力传感器可以测量细绳的拉力大小。请将下列实验步骤补充完整:(1)实验前,接通电源,将滑块(不挂沙桶)置于气垫导轨上,轻推滑块,当加速度传感器示数为时,说明气垫导轨已经水平。

(2)挂上沙桶,调整定滑轮位置,使导轨上方的细绳水平,释放在A处的滑块后记下拉力传感器的示数F1和加速度传感器的示数a1,用天平测出滑块(包括传感器)的质量M1;在滑块上添加一个50g钩码并将滑块移到A处,增减沙桶中的沙子,使释放滑块后拉力传感器的示数为,并记下此时加速度传感器的示数a2。

回答下列问题:①本实验采用法来研究加速度与质量的关系。

②本实验中,(选填“要求”或“不要求”)滑块的总质量M远大于沙桶的总质量m。

③下列各图像中能正确反映滑块加速度a与间的变化规律的是。

答案(1)0(2)F1①控制变量②不要求③B解析(1)将不挂沙桶的滑块放在导轨上,若导轨水平,则滑块在水平方向上所受合力为0,加速度也为0。(2)由于探究的是加速度a和质量M的关系,应控制合外力不变,第二次拉力同样为F1。①本题运用了控制变量法;②由于本实验可用拉力传感器直接测出拉力F大小,故不必对m和M的大小关系作出要求;③由F=ma可知,a=F·,即a和成正比,故选B。6.某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系(1)下列说法正确的是(填字母代号)。

A.调节滑轮的高度,使牵引滑块的细线与长木板保持平行B.在调节木板倾斜度平衡滑块受到的滑动摩擦力时,要将装有砝码的桶通过定滑轮拴在滑块上C.实验时,应先放开滑块再接通打点计时器的电源D.通过增减滑块上的砝码改变质量时,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滑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滑块和滑块上砝码的总质量。(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)

(3)如图所示是实验时打出的一条纸带,A、B、C、D…为每隔4个点取的计数点,据此纸带可知:两个计数点间的时间间隔为s;D点位置的读数为cm;打D点时滑块的速度大小为m/s;纸带的加速度大小为m/s2(最后两空结果均保留两位有效数字)

答案(1)A(2)远小于(3)0.14.250.210.44解析(1)实验时,要调节滑轮的高度,使牵引滑块的细线与长木板保持平行,否则细线拉力不等于合外力,故A正确;在调节木板倾斜度平衡滑块受到的滑动摩擦力时,不应将重物连接在滑块上,故B错误;打点计时器要“早来晚走”,即实验开始时要先接通打点计时器的电源,待其平稳工作后再释放木块,而当实验结束时应先控制滑块停下,再断开打点计时器的电源,故C错误;平衡摩擦力后,有mgsinθ=μmgcosθ,即μ=tanθ,与质量无关,故通过增减滑块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度,故D错误。(2)设砝码桶及桶内砝码的总质量为m,滑块的质量为M,根据牛顿第二定律,对砝码桶及砝码与滑块组成的系统有:a=,对滑块有:T=Ma==,只有当砝码桶及桶内砝码的质量远小于滑块质量,即m≪M时,滑块受到的拉力才近似等于砝码桶及桶内砝码的重力。(3)两个计数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s;D点位置的读数为4.25cm;打D点时滑块的速度大小为vD==m/s=0.21m/s;纸带的加速度大小为a==×10-2m/s2=0.44m/s2。7.某实验小组采用如图所示的装置探究小车的加速度与其所受合外力的关系。(1)安装实验装置时,应调整定滑轮的高度,使拉小车的细线在实验过程中保持与(填“桌面”或“长木板”)平行。

(2)实验时先不挂砂桶,反复调整垫木的位置,轻推小车,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是。

(3)保持小车质量不变,用装有细砂的砂桶通过定滑轮拉动小车,打出纸带。如图所示是实验中打出的一条纸带的一部分,从较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻的两个计数点之间有4个点迹没标出,测出各计数点之间的距离。已知打点计时器使用频率为50Hz的交流电源,则此次实验中A、B两计数点间的时间间隔T=s,小车运动的加速度a=m/s2。

(4)用砂桶和砂的总重力充当小车所受合外力F,通过分析打点计时器打出的纸带,得出加速度a。分别以合外力F和加速度a作为横轴和纵轴,建立坐标系,根据实验中得到的数据描出点迹,该实验小组得到的a-F图线如图所示。实验结果跟教材中的结论不完全一致,你认为得到这种结果的原因可能是。

(5)该实验中,若砂桶和砂的总质量为m,小车质量为M,细线对小车的拉力为F。则拉力F与mg的关系式为,若要使<10%,则m与M的关系应满足。

答案(1)长木板(2)平衡摩擦力(3)0.10.46(4)砂和砂桶质量较大,没满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量的条件(5)F=mgm<M解析(1)安装实验装置时,应调整定滑轮的高度,使拉小车的细线在实验过程中保持与长木板平行,保证细线的拉力等于小车受到的合外