高考物理一轮复习考点9-实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系考点9[题组一基础与经典题]1．利用如图1所示装置进行“探究合力一定时物体的加速度与质量之间的关系”的实验。(1)本实验采用的实验方法是________。A．控制变量法

B．转换法C．理想实验法

D．等效替代法A其中，在第3次实验中，忘记了记录加速度X的数值，该次实验的部分纸带如图2所示，O、A、B、C、D、E、F为7个连续的计数点，相邻两计数点间还有四个实际打点未画出，打点计时器的打点频率为50Hz，测得A、B、C、D、E、F与O点间距分别为0.50cm、1.27cm、2.34cm、3.67cm、5.30cm、7.20cm。可计算加速度的数值X＝________。0.28

(3)在如图3所示坐标纸上，根据表格数据描点，并作出图线，得出实验结论：_________________________________________________________

_____________________________________________________。答案图见解析在实验误差允许范围内，当物体所受合力一定时，物体的加速度与物体质量倒数成正比(或物体的加速度与物体质量成反比)

解析(1)本实验在小车受力一定的情况下，探究小车的加速度与其质量的关系，这样的物理方法称为控制变量法，故选A。(2)由题知，相邻两计数点间的时间间隔Δt＝0.1s，O、C两点间距x1＝2.34cm，C、F两点间距x2＝7.20cm－2.34cm＝4.86cm，由运动学规律Δx＝aT2有：x2－x1＝a·(3Δt)2，故加速度a的数值X＝0.28。解析(3)所作图线如下。由图线可知，在实验误差允许范围内，当物体所受合力一定时，物体的加速度与物体质量倒数成正比(或物体的加速度与物体质量成反比)。解析2．实验小组的同学们在做“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验时，采用如图甲所示的实验装置，让重物(砝码和托盘)通过细绳拖动小车在长木板上做匀加速直线运动。(1)为了减小误差，实验前需要做好以下两项准备：①调整垫片的位置，使小车在不受拉力作用时能拖动纸带在木板上做匀速直线运动。这样做是为了消除阻力的影响，使小车所受合力F等于__________________；细绳对小车的拉力

②挑选合适的重物(砝码和托盘)，使小车质量M远大于重物(砝码和托盘)质量m。这样做是为了使小车匀加速运动时，小车所受拉力近似等于________________________。(2)实验过程中，下列操作正确且必要的是________。A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B．先放开小车再接通打点计时器的电源C．改变小车质量时，重新调节垫片的位置重物的重力mg

A(3)正确操作后，甲同学挑选出的一条纸带如图乙所示，图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，两个相邻的计数点之间的时间间隔均为0.10s。现测出AB＝2.20cm，AC＝6.40cm，AD＝12.58cm，AE＝20.80cm，则打C点时小车的速度大小为________m/s。(结果保留两位有效数字)0.52

(4)甲、乙两同学各自保持小车质量M不变，改变重物质量m，进行实验。他们根据各自测得的实验数据画出了如图丙所示的加速度与物体所受合力关系的a­F图像，但他们得到了两条不同的图线，其原因是他们选取的_________不同；他们可以得到的相同结论是：______________________

_____________。小车质量

当质量一定时，加速度与合力成正比

解析解析3．在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层前端均固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力，两小车尾部各系一条细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，按下装置两小车同时立即停止。某次实验时小车Ⅰ的位移为s1，小车Ⅱ的位移为s2。(1)为了减小实验误差，下列说法正确的是________。A．实验之前将轨道倾斜来补偿阻力，补偿阻力时需要挂上砝码盘和砝码B．实验之前将轨道倾斜来补偿阻力，补偿阻力时不需要挂上砝码盘和砝码C．砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量D．砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量(2)若实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，则可得实验结论：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合力成________(填“正比”或“反比”)。BD

正比

(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力的大小，因此s1和s2的实际大小关系是________。A．2s1＞s2

B．2s1＝s2

C．2s1＜s2A

解析解析[题组二高考真题]4．(2021·湖南高考)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：1.02

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。答案图见解析如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是_____________________m/s2(保留三位有效数字)。0.343(0.340～0.346均可)

解析由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为________。(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2)0.430.32

解析6．(2020·浙江7月选考节选)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：(ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；(ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a­F的关系。①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝________m/s(保留两位有效数字)；0.19

②需要满足条件M≫m的方案是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a­F图象时，把mg作为F值的是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。甲甲和乙解析在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设木板的倾角为θ，木板和纸带对小车的阻力总和为f，则有Mgsinθ＝f＋mg；取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得：Mgsinθ－f＝Ma，即mg＝Ma，故乙不需要满足M

≫m。由以上分析可知，在作a­F图象时，甲和乙均把mg作为F值。解析7．(2020·山东高考)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：回答以下问题：(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为________________m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m/s2。(结果均保留2位有效数字)0.32(或0.33)

3.1

(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为________m/s2。(结果保留2位有效数字，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80)9.4

解析[题组三模拟题]8．(2022·辽宁省名校联盟高三上9月联合考试)为了测量滑块与桌面间的动摩擦因数μ，一同学设计了如图甲所示的实验装置，A为带滑轮的滑块，B为盛有砂的砂桶。(1)实验时，必须要进行的操作是________。A．用天平测量出砂和砂桶的质量B．调整滑轮的位置，使绳与桌面平行C．要保证砂和砂桶的质量远小于滑块的质量D．滑块靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车BD

(2)该同学实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点之间还有四个点未画出)，打点计时器的交流电源频率为50Hz，根据纸带可以求出