高考物理实验增分创新版能力练实验四　探究加速度与力质量的关系实验4a

1．(2018·江西景德镇质检)用电磁打点计时器、水平木板(包括定滑轮)、小车等器材做“研究小车加速度与质量的关系”的实验，如图是某学生做该实验时小车即将释放之前的实验装置图；该图中有4处错误，它们分别是：(1)________________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________；(3)________________________________________________________________________；(4)________________________________________________________________________。答案见解析解析(1)水平木板左端未适当垫高来平衡摩擦力。(2)电源要用低压交流电源。(3)小车应靠近打点计时器。(4)连接沙桶的细线通过定滑轮后应与木板平行。2．(2017·辽宁重点高三期末)某物理兴趣小组利用图示实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。(1)在平衡摩擦力后，要使细线的拉力可近似认为等于砝码盘及盘中砝码受到的总重力，小车的质量M和砝码盘及盘中砝码的总质量m应满足的条件是________。(2)下列实验操作中，正确的是________。(填正确选项前的字母)A．调节定滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板表面保持平行B．每次小车都要从同一位置开始运动C．实验中应先放小车，然后再接通打点计时器的电源D．平衡摩擦力后，通过增减小车上的砝码改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力答案(1)M≫m(或m≪M)(2)AD解析(1)平衡摩擦力后，小车开始运动时的加速度a＝eq\f(mg,M＋m)，当M≫m时，加速度近似等于a＝eq\f(mg,M)，即细线拉力近似等于砝码盘及盘中砝码受到的总重力。(2)为了减少误差，应使牵引小车的细线与长木板表面保持平行，A正确；根据打点计时器可知位移s和时间t，所以不必让小车每一次都从同一位置开始运动，B错误；实验中应先接通打点计时器的电源，再释放小车，C错误；平衡摩擦力后，设长木板倾角为θ，根据mgsinθ＝μmgcosθ，μ＝tanθ，可知θ与质量无关，故增减砝码后不需要重新平衡摩擦力，D正确。3．(2017·威海模拟)某实验小组利用如图所示的装置进行验证：当质量m一定时，加速度a与力F成正比的关系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2(m1为小车及车内砝码的总质量，m2为桶及桶中砝码的总质量)。具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作。图中AB相距x(1)设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是______。(2)如果实验操作无误，四位同学根据实验数据做出了下列图象，其中哪一个是正确的()(3)下列哪些措施能够减小本实验的误差________。A．实验中必须保证m2≪m1B．实验前要平衡摩擦力C．细线在桌面上的部分应与长木板平行D．图中AB之间的距离x尽量小些答案(1)v2＝2ax(2)A(3)BC解析(1)小车做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的速度位移公式得：v2＝2ax。(2)由(1)可知：v2＝2ax，由牛顿第二定律得：a＝eq\f(F,m)，则：v2＝eq\f(2x,m)F，v2与F成正比，故选A。(3)以系统为研究对象，加速度：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(m2g,m)，系统所受拉力等于m2g，不需要满足m2≪m1，故A错误；为使系统所受合力等于桶与桶中砝码的重力，实验需要平衡摩擦力，还需要细线在桌面上的部分与长木板平行，故B、C正确；为减小实验误差，图中A、B之间的距离x应尽量大些，故D错误；故选B、C。4．(2017·辽宁育才学校二模)如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。直径为d、质量为m的钢球自由下落的过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。(1)钢球下落的加速度大小a＝______________，钢球受到的空气平均阻力f＝__________________。(2)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度________(填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。答案(1)eq\f(1,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))mg－eq\f(m,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))(2)<解析(1)钢球通过光电门A、B时的瞬时速度分别为vA＝eq\f(d,tA)、vB＝eq\f(d,tB)，由veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ah得，加速度a＝eq\f(1,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))，由牛顿第二定律得mg－f＝ma，解得f＝mg－eq\f(m,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))。(2)由匀变速直线运动的规律可知，钢球通过光电门的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而球心通过光电门的中间位移的速度大于中间时刻的瞬时速度，因此钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。5．(2017·广东执信中学模拟)(1)如图甲所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。①在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等于砝码和砝码盘的总重量，通常采用如下两个措施：A．平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在砝码盘的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；B．在调整砝码多少的过程中，要保证砝码和砝码盘的总质量m远小于小车和砝码的总质量M。以上哪一个措施中有何重大错误？(说明错误点)____________________________________________________________。②如图是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是0.02s，结合图乙给出的数据(单位：cm)，求出小车运动加速度的大小为________m/s2，并求出纸带中P点瞬时速度的大小为________m/s。(结果均保留两位有效数字)(2)某实验小组设计了如图a所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a­F图线，如图b所示。①图线________(填“甲”或“乙”)是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。②滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝________kg，滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝________。答案(1)①A有错误，平衡摩擦力时不能悬挂砝码盘②4.02.6(2)①甲②0.50.2解析(1)①A有错误，平衡摩擦力时不能悬挂砝码盘。②小车运动的加速度计算表达式为：a＝eq\f(0.0968＋0.1033＋0.1095－0.0774＋0.0841＋0.0905,9×0.042)m/s2＝4.0m/s2，纸带中P点瞬时速度大小为vP＝eq\f(0.1033,0.02×2)m/s≈2.6m/s。(2)①由图象可知，当F＝0时，a≠0。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的左端垫得过高。所以图线甲是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。②根据F＝ma得a＝eq\f(F,m)。所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数。由图得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k＝2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝0.5kg；在水平轨道上F＝1N时，加速度a＝0，根据牛顿第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。6．(2017·江门模拟)如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B。滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是______________________。(3)下列不必要的一项实验要求是________。(填选项前的字母)A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使A位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调节水平D．应使细线与气垫导轨平行(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________填“t2­F”“eq\f(1,t)­F”或“eq\f(1,t2)­F”图象。答案(1)2.30(2)遮光条到光电门的距离L(3)A(4)eq\f(1,t2)­F解析(1)由图知第6条刻度线与主尺对齐，d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式v2＝2ax知若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离L。(3)拉力是直接通过力传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A项不必要；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B项必要；应将气垫导轨调节水平，拉力才等于合力，故C项必要；要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，故D项必要；故选A。(4)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v2＝2aL，v＝eq\f(d,t)，a＝eq\f(F,M)，eq\f(d2,t2)＝2·eq\f(F,M)·L，所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出eq\f(1,t2)­F图象。7．(2016·全国卷Ⅲ)某物理课外小组利用图a中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮，轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N­n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s­t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n＝2时的s­t图象如图b所示；由图b求出此时小车的加速度(保留两位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/(m·s－2)0.20____0.580.781.00(4)利用表中的数据在图c中补齐数据点，并作出a­n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a­n图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留两位有效数字，重力加速度取g＝9.8m/s2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)。A．a­n图线不再是直线B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大答案(3)0.40(4)如图所示(5)0.45(6)BC解析(3)因为小车做初速度为零的匀加速