新高考物理一轮练习专题30实验探究加速度与力质量的关系

专题30实验：探究加速度与力、质量的关系1．[2021·惠州市调研]“探究加速度与小车质量、小车受力的关系”的实验装置如图甲所示．在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，图乙中纸带的左端与小车连接．打点计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．回答下列问题：(1)该小车的加速度大小a＝________m/s2(保留两位有效数字).(2)为平衡摩擦力还应适当________(填“增大”或“减小”)木板与桌面的夹角，直至打点均匀为止．(3)打点计时器打下计数点3时小车的速度v3＝________________________________________________________________________________m/s(保留三位有效数字).2．[2021·湖南卷]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；(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).3．[2021·湖北重点中学]某同学用如图所示的装置探究加速度与力的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．(1)(多选)实验时，一定要进行的操作或注意事项是()A.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，同时记录弹簧测力计的示数B．用天平测出砂和砂桶的总质量C．改变砂和砂桶质量，再打出几条纸带D．改变小车质量，再打出几条纸带E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，按该同学的方法做实验画出的a－F图像最可能是()(3)若测出的a－F图像的斜率为k后，则可计算出小车的质量为________．4．[2021·湖南师大附中摸底]在探究“加速度与力和质量的关系”实验时，某老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：①如图所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角θ，使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出沙和沙桶的总质量m；②保持平板倾角θ不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a；③保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系；④多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系．(1)(多选)在上述实验操作过程中，以下说法正确的是________________________________________________________________________．A．可以用电池盒给打点计时器供电B．应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源C．要保持细绳与平板平行D．应让小车从靠近定滑轮处开始运动(2)在操作①中若打了一条如下图所示的纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板的倾角适当________(选填“增大”或“减小”)些．(3)在操作②中，小车所受的合力大小等于________(用题中所给定的字母以及重力加速度g表示).(4)在本实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量；操作④中，每次改变小车质量后，________(选填“需要”或“不需要”)重新调节平板的倾角．5．[2021·河北辛集中学测试]如图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图，图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示．在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”．(1)完成下列实验步骤中的填空：①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点．②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码．③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③.⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量相邻计数点的间距x1，x2，……求出与不同m相对应的加速度a.⑥以砝码的质量m为横坐标，eq\f(1,a)为纵坐标，在坐标纸上作出eq\f(1,a)－m关系图线．若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则eq\f(1,a)与m应成________关系(填“线性”或“非线性”).(2)完成下列填空：①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是________．②设纸带上相邻两个计数点分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6来表示从O点开始各相邻两个计数点间的距离，用T表示相邻计数点的时间间隔，则该匀变速直线运动的加速度的表达式为a＝________(用符号写出表达式，不要求计算).打E点时小车的速度大小为vE＝________m/s.(保留3位有效数字)③图3为所得实验图线的示意图，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________．6．[2021·江淮十校联考]某实验小组利用如图所示的装置探究牛顿第二定律中质量一定时a与F的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连，在水平桌面上的A、B两点各安装一个光电门，记录小车通过A、B时的遮光时间，小车中可以放置砝码．(1)实验主要步骤如下：①用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘和盘内砝码的总质量m；用游标卡尺测量挡光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；②调整轻滑轮，使细线与木板平行；③将木板不带滑轮的一端垫高，以平衡摩擦力，让小车从光电门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tA和tB；④小车右侧通过细线连上砝码盘，盘中放有多个砝码；再次让小车从光电门A的左侧由静止释放，记录遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，利用a＝________(用d、s、ΔtA和ΔtB表示)，求出小车加速度；并记录此时砝码盘及盘内砝码的质量m；⑤将盘中砝码拿出一个放到小车上，再次让小车从光电门A的左侧由静止释放，记录步骤④中的时间和质量，重复步骤⑤多次实验．⑥对小车和砝码及砝码盘组成的系统，合力F＝mg，结合上述公式求出的a，得到多组a、F的数据．描点做出a－F的图像，从而得出a与F的关系．(2)测量d时，某次游标卡尺的示数如下图所示，其读数为________cm.(3)(多选)下列说法哪一项是正确的()A．平衡摩擦力时必须将砝码盘通过细线挂在小车上B．若测得tA＝tB说明摩擦力已平衡好C．为减小误差，应使砝码及砝码盘质量之和远小于小车和车内砝码质量之和D．本实验装置也可以用来验证动能定理专题30实验：探究加速度与力、质量的关系1．(1)0.10(2)减小(3)0.355解析：(1)打相邻两计数点的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.10s，由Δx＝aT2可得该小车的加速度大小a＝0.10m/s2.(2)由于小车已经做加速运动，说明平衡摩擦力过度，需要适当减小木板与桌面的夹角，直至打点均匀为止．(3)根据做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知打点计时器打下计数点3时小车的速度v3＝eq\f(3.5＋3.6,2×0.10)×10－2m/s＝0.355m/s.2．(1)1.02(5)如解析图所示0.345解析：(1)根据游标卡尺读数规则可知h＝10mm＋2×0.1mm＝1.02cm.(2)根据题表中数据描点连线，绘制图线如图所示，由图可知第4组数据中的加速度a为0.345m/s2.3．(1)AC(2)B(3)eq\f(2,k)解析：(1)本实验中，通过弹簧测力计可读出细绳拉力的大小，因此不需要测量砂和砂桶的总质量，也不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，本实验要验证力与加速度的关系，不用改变小车的质量，但要记录弹簧测力计示数，且需改变砂和砂桶的质量，从改变小车所受拉力大小，进而得出多组数据分析实验规律，故BDE错误，AC正确．(2)以小车为研究对象，根据牛顿第二定律可得2F－f＝Ma，得a＝eq\f(2,M)F－eq\f(f,M)，故B正确．(3)由(2)，结合图像可得k＝eq\f(2,M)，得M＝eq\f(2,k).4．(1)CD(2)小(3)mg(4)不需要需要解析：(1)打点计时器用交流电，电池盒是直流电，A错误；先接通打点计时器后释放小车，且小车在靠近定滑轮处释放，B错误，D正确；细绳与平板平行，绳的拉力才可恒定，C正确．(2)由纸带分析小车加速运动，Mgsinθ>T＋f，应减小θ小车才能匀速直线．(3)开始小车匀速直线运动有Mgsinθ＝mg＋f，去掉T时，Mgsinθ与f均不变，故小车受沿斜面向下大小为mg的合力．(4)本实验是用沙和沙桶的重力得到小车的加速度，且不需远小于小车的质量，由于小车质量改变，需要重新调节木板倾角．5．(1)①等间距⑥线性(2)①远小于小车和砝码的总质量(填“远小于小车的质量”同样正确)②eq\f(（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）,9T2)1.39③eq\f(1,k)eq\f(b,k)6．(1)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))\s\up12(2)))(2)0.550(3)BD解析：(1)遮光片经过光电门A和B的平均速度分别表示A、B位置的瞬时速度，vA＝eq\f(d,ΔtA)，vB＝eq\f(d,ΔtB)，又由速度位移公式得：a＝eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(B))－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(A)),2s)＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\l