2025版高考物理考点题型归纳总结（含答案）考点17　实验四　探究加速度与力、质量的关系

考点17实验四探究加速度与力、质量的关系强基固本对点练1．[2024·天津市红桥区期中考试]如图甲为一实验小组“探究牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的质量为m，小车和砝码的总质量 为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是()A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是()A．M＝200g,m＝10g、15g、20g、15g、30g、40gB．M＝200g,m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g,m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gD．M＝400g,m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g(3)如图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm、sEF＝5.91cm、sFG＝6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz，则打B点时车速vB＝__________m/s，小车的加速度a＝__________m/s2(结果保留2位有效数字).2．[2024·陕西省渭南市第三次检测]小莹同学用如图1所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系，打点计时器所用交变电流的频率为50Hz.(1)长木板右侧垫高是为了平衡小车受到的摩擦力，应调节木板的倾斜度，使小车________，即可认为完成平衡．(2)如图2是小莹某次实验得到的纸带，她在纸带上选取了A、B、C、D、E、F、G、H八个计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，打计数点A的时刻定为计时起点(tA＝0)，部分实验数据如图2所示，由以上数据可知，t＝0.25s时的瞬时速度为________m/s，这次实验小车的加速度a＝________m/s2.(小数点后保留2位数字)(3)小莹同学保持小车所受的拉力不变，改变小车的质量m，分别测得不同质量时小车加速度a，然后小莹画了如图3甲、乙两个图像，关于这两个图像，下列说法正确的有________．(填正确选项前的字母)A．由图像甲可知：合外力一定时，小车的加速度与质量成正比B．由图像乙可知：合外力一定时，小车的加速度与质量成反比C.由图像乙的斜率可以知道小车受到的拉力大小D．图像甲中曲线与坐标轴所围的面积表示小车所受拉力大小的倒数3．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．A．必须B．不必(2)为完成实验还需要测量①______________；②______________．(3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是______________．(4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1________a2.(选填“大于”“小于”或“等于”)培优提能模拟练4．[2024·陕西省汉中市第四次联考]用如图所示的实验装置测量当地的重力加速度大小g.气垫导轨放在桌面上，导轨上放有带遮光片的滑块，图中A、B两个光电门与计算机相连，实验步骤如下：(1)测得滑块及遮光片的总质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，将遮光片的宽度及两光电门间的距离输入计算机．(2)把气垫导轨调整到水平，打开气泵电源，气泵正常工作．放上滑块，调整气垫，轻推一下滑块，使计算机显示滑块的加速度大小为0，则遮光片经过光电门A的时间________(填“大于”“等于”或“小于”)经过光电门B的时间．(3)跨过滑轮的细线一端连接滑块，另一端连接砝码盘．由静止释放滑块，滑块在细线拉力作用下加速通过两光电门，计算机显示滑块的加速度大小为a，则当地的重力加速度g＝________(用M、m、a表示).5．[2024·安徽省皖东名校联盟联考]用如图所示的装置探究牛顿第二定律．将长木板一端固定在水平桌面的左端、在长木板另一端用垫块将木板垫起．在木板上相距为L(未知)的位置固定两个光电门1和2，在木板上放置一个带有宽度为d(未知)的遮光条的小车，小车通过轻质细线绕过固定在木板右端的光滑定滑轮与小物块相连，木板上方的细线与木板平行，重力加速度为g.实验步骤如下：①调整垫块的位置，给小车一个沿木板向下的初速度，使得两个光电门记录的时间相等，测量小物块的质量m、小车的质量M1，然后把小车放在木板上，使遮光条对齐光电门1，去掉小物块，小车开始沿木板向下滑动，记录遮光条经过光电门2的时间t1；②挂上小物块，在小车上加放钩码．调整垫块的位置，给小车一个沿木板向下的初速度，使得两个光电门记录的时间仍相等，测量小车和所放钩码的总质量M2；然后把小车放在木板上，使遮光条对齐光电门1，去掉小物块，小车开始沿木板向下滑动，记录遮光条经过光电门2的时间t2；③挂上小物块，再在小车上放钩码，多次重复上述操作，记录小车和所放钩码的总质量M3、M4……录遮光条经过光电门2的时间l3、l4；④最后整理好实验器材．请回答下列问题：(1)实验需要的实验器材有________．A．天平B．刻度尺C．秒表D．打点计时器E．游标卡尺(2)此实验是保持________不变的条件下，探究牛顿第二定律的．(3)在坐标纸上，以小车和钩码的总质量M为横坐标，以________(选填“t”“t2”或“eq\f(1,t2)”)为纵坐标，得到一条直线，当直线的斜率为________时(用物理量的字母表示)，就可以验证牛顿第二定律了．

考点17实验四探究加速度与力、质量的关系1．答案：（1）B（2）D（3）0.440.42解析：（1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，即平衡摩擦力，B正确．（2）当m≪M时，即当砂和砂桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，绳子的拉力近似等于砂和砂桶的总重力．因此最合理的一组是，D正确．（3）两相邻计数点间的时间间隔t＝5×eq\f(1,f)＝0.10s，由匀变速直线运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，则打B点时车速vB＝eq\f(sAB＋sBC,2t)＝eq\f(4.22＋4.65,2×0.10)×10－2m/s≈0.44m/s，由逐差法求小车的加速度a＝eq\f(sDE＋sEF＋sFG－sAB－sBC－sCD,9t2)≈0.42m/s2.2．答案：（1）在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动（2）0.720.51（3）BC解析：（1）长木板右侧垫高是为了平衡小车受到的摩擦力，应调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动，即可认为完成平衡．（2）相邻两计数点间有四个点未画出，说明相邻两计数点间的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.1s，以打计数点A的时刻定为计时起点，可知t＝0.25s时刻为CD间的中间时刻，故该时刻的瞬时速度等于CD段的平均速度，则有v2.5＝eq\f(sCD,T)＝eq\f(0.0721,0.1)m/s≈0.72m/s.根据逐差法，可得这次实验小车的加速度a＝eq\f(（sGH＋sEF－sCD－sAB）,8T2)＝eq\f(（0.0925＋0.823－0.0721－0.0619）,8×0.12)m/s2＝0.51m/s.（3）图甲中图线为曲线，很难判定出自变量和因变量之间的关系，故不能确定小车的加速度与质量是否成反比，A错误；图乙中图线为过原点的直线，可知小车的加速度与质量的倒数成正比，即小车的加速度与质量成反比，B正确；根据牛顿第二定律可得a＝F×eq\f(1,m)，a­eq\f(1,m)图像的斜率等于小车受到的拉力F，C正确；牛顿第二定律具有瞬时性，小车受到的拉力具有瞬时性，由图像甲中曲线与坐标轴所围的面积不可以知道小车受到的拉力大小，当然也不是拉力大小的倒数，D错误．3．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）大于解析：（1）实验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，B正确．（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，联立解得小车的加速度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绳子对钩码的拉力小于钩码的重力，而绳子对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>a2.4．答案：（2）等于（3）eq\f(（M＋m）a,m)解析：（2）把气垫导轨调整到水平，滑块在导轨上做匀速直线运动时通过两光电门的时间相等．（3）根据牛顿运动定律有mg＝（M＋m）a，解得g＝