2024高考物理一轮复习专题30实验：探究加速度与力质量的关系练习含解析新人教版

PAGE8-专题30试验：探究加速度与力、质量的关系1．[2024·惠州市调研]“探究加速度与小车质量、小车受力的关系”的试验装置如图甲所示．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．从比较清楚的点起，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，直至打点匀称为止．(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．[2024·福建厦门双十中学测试]某试验小组利用图示装置探究加速度与力、质量的关系：(1)(多选)下列做法正确的是________(填字母代号)．A．调整滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调整木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．试验时，先放开木桶再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码变更质量时，不须要重新调整木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满意的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量．(3)甲、乙两同学在同一试验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的状况下，探讨加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图知，m甲________m乙，μ甲________μ乙(均填“>”“<”或“＝”)．3．[2024·哈六中测试]为了探究质量肯定时加速度与力的关系，一同学设计了如图1所示的试验装置．其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量．(滑轮质量不计)(1)(多选)试验时，肯定要进行的操作是________A．用天平测出砂和砂桶的质量B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C．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D．变更砂和砂桶的质量，打出几条纸带E．为减小误差，试验中肯定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在试验中得到如图2所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采纳的是频率为50Hz的沟通电，依据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图3为a－F，图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________．4．[2024·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)试验时，肯定要进行的操作或留意事项是()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．变更砂和砂桶质量，再打出几条纸带D．变更小车质量，再打出几条纸带E．为减小误差，试验中肯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，按该同学的方法做试验画出的a－F图象最可能是()(3)若测出的a－F图象的斜率为k后，则可计算出小车的质量为________．5．[2024·湖南师大附中摸底]在探究“加速度与力和质量的关系”试验时，某老师对传统试验进行了改进，其试验操作如下：①如图所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调整平板的倾角θ，使小车沿斜面对下做匀速直线运动，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对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，多次变更沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系；④多次变更小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系．(1)(多选)在上述试验操作过程中，以下说法正确的是________________________________________________________________________．A．可以用电池盒给打点计时器供电B．应在小车起先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起先运动(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)在本试验中________(选填“须要”或“不须要”)满意沙和沙桶的质量远小于小车的总质量；操作④中，每次变更小车质量后，________(选填“须要”或“不须要”)重新调整平板的倾角．6．[2024·河北辛集中学测试]如图1为验证牛顿其次定律的试验装置示意图，图中打点计时器的电源为50Hz的沟通电源，打点的时间间隔用Δt表示．在小车质量未知的状况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力肯定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”．(1)完成下列试验步骤中的填空：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，变更小车中砝码的质量，重复步骤③.⑤在每条纸带上清楚的部分，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本试验中，为了保证在变更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意的条件是________．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点起先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为所得试验图线的示意图，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________．7．[2024·江淮十校联考]某试验小组利用如图所示的装置探究牛顿其次定律中质量肯定时a与F的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不行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)试验主要步骤如下：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多次试验．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的图象，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．平衡摩擦力时必需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．本试验装置也可以用来验证动能定理专题30试验：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，须要适当减小木板与桌面的夹角，直至打点匀称为止．(3)依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)AD(2)远小于(3)<>解析：(1)平衡摩擦力时砝码桶不能拴在木块上，且变更砝码质量时，不须要重新调整木板倾斜度，为保证细绳的拉力是木块的合力，细绳应与长木板平行，A、D正确，B错误；试验时，应先接通打点计时器再放开木桶，C错误．(2)设木块和砝码(包括桶)的质量为M和m，分别列式T＝Ma，mg－T＝ma，T＝eq\f(Mmg,M＋m)，当M≫m时，T≈mg.(3)由牛顿其次定律列式F－μmg＝ma，a＝eq\f(F,m)－μg，可知图象斜率的倒数表示木块质量，m甲<m乙，图象纵轴截距的肯定值表动摩擦因数，所以μ甲>μ乙．3．(1)BCD(2)1.3(3)2kg解析：(1)设弹簧测力计的弹力为F,2F为对小车的拉力，所以要平衡摩擦力，不须要测砂和砂桶的质量，试验时小车靠近打点计时器处释放，先接通电源，后释放小车，故B、C、D正确，A、E错误．(2)由t＝0.06s，a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9t2)＝1.3m/s2(3)a－F图象的斜率为eq\f(2,M)，则小车的质量为M＝eq\f(2,k).4．(1)AC(2)B(3)eq\f(2,k)解析：(1)本试验中，通过弹簧测力计可读出细绳拉力的大小，因此不须要测量砂和砂桶的总质量，也不须要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，本试验要验证力与加速度的关系，不用变更小车的质量，但要记录弹簧测力计示数，且需变更砂和砂桶的质量，从变更小车所受拉力大小，进而得出多组数据分析试验规律，故BDE错误，AC正确．(2)以小车为探讨对象，依据牛顿其次定律可得2F－f＝Ma，得a＝eq\f(2,M)F－eq\f(f,M)，故B正确．(3)由(2)，结合图象可得k＝eq\f(2,M)，得M＝eq\f(2,k).5．(1)CD(2)小(3)mg(4)不须要须要解析：(1)打点计时器用沟通电，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)起先小车匀速直线运动有Mgsinθ＝mg＋f，去掉T时，Mgsinθ与f均不变，故小车受沿斜面对下大小为mg的合力．(4)本试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，由于小车质量变更，须要重新调整木板倾角．6．(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)7．(1)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))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(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2s)＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\a