高考物理一轮复习 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系高效演练（含解析）-人教版高三物理试题

探究加速度与物体受力、物体质量的关系1．(2013·全国卷Ⅰ·22)图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：图(a)①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；④多次重复步骤③，求a的平均值eq\o(a,\s\up6(－))；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ．回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图(b)所示，其读数为______cm．图(b)(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________．(3)动摩擦因数μ可用M、m、eq\o(a,\s\up6(－))和重力加速度g表示为μ＝________．(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________________(填“偶然误差”或“系统误差”)．解析(1)游标卡尺的游标尺为20分度，主尺读数为0.9cm，游标尺读数为12×0.05mm＝0.060cm，游标卡尺读数0.9cm＋0.060cm＝0.960cm．(2)物块在两光电门间做匀加速直线运动，有veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2as，即(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2＝2as，得a＝eq\f(1,2s)[(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2]．(3)设线上拉力为F，根据牛顿第二定律，对物块有F－μMg＝Meq\o(a,\s\up6(－))，对重物有mg－F＝meq\o(a,\s\up6(－))，两式联立得μ＝eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)或对物块与重物组成系统，由mg－μMg＝(M＋m)eq\o(a,\s\up6(－))，得μ＝eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)．(4)如果细线没有调到水平，细线的拉力存在一竖直分力，物块受的摩擦力不再是μMg，此误差是由实验原理造成的，为系统误差．答案(1)0.960(2)eq\f(1,2s)[(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2](3)eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)(4)系统误差2．如图所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质力传感器能显示挂钩处所受的拉力．(1)在探究质量一定，加速度与合外力的关系时，要使力的传感器的示数等于小车所受合外力，必须进行的操作是________________.然后保证小车的质量不变，多次向沙桶里加沙，测得多组a和F的值，画出的a－F图象是________．(2)在探究合外力一定、加速度与质量的关系时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t.改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出合外力一定时，加速度与质量成反比的图线是________．解析(1)小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的拉力代替合力，所以做实验首先必须要平衡摩擦力．小车质量m0一定时，加速度与合外力F成正比，故C正确．(2)小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动，位移x＝eq\f(1,2)at2，所以加速度a＝eq\f(2x,t2)，改变小车质量m，测得多组m、t的值，由于位移不变，所以a与t2成反比，则合外力一定时，加速度与质量成反比，正确的图线是C，故选C．答案(1)平衡摩擦力C(2)C3．某同学利用如图甲所示装置探究加速度与合外力的关系．利用力传感器测量细线上的拉力．按照如下步骤操作：甲①安装好打点计时器和纸带，调整长木板的倾斜程度，平衡小车所受的摩擦力；②小车与细线相连，细线通过长木板一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50Hz的交流电源)；④释放小车，使小车在长木板上做匀加速直线运动；⑤关闭传感器，记录下力传感器的示数F，通过分析纸带得到小车的加速度a；⑥改变钩码的质量，重复步骤①②③④⑤；⑦作出a－F图象，得到实验结论．(1)本实验在操作中是否需要满足钩码的质量远远小于小车的质量？________(选填“需要”或“不需要”)；某次释放小车后，力传感器的示数为F，通过天平测得小车的质量为M，动滑轮和钩码的总质量为m，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于________．A．eq\f(F,2M) B．eq\f(F,M)C．eq\f(mg－2F,M) D．eq\f(2F,M)(2)如图乙所示是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的________(填“左”或“右”)端与小车连接；在打点计时器打下计数点6时，小车的瞬时速度大小为________m/s.(保留两位有效数字)乙解析(1)本实验利用力传感器测量细线上的拉力，不需要用钩码的重力代替，所以不需要满足钩码的质量远远小于小车的质量．小车的加速度大小等于它所受的合外力与质量的比值，故a＝eq\f(F,M)，B正确．(2)纸带右侧两点间