2018-2019学年高中一轮复习物理课时检测（十七）加速度与物体质量物体受力的关系（实验提能课）

课时检测(十七)加速度与物体质量、物体受力的关系(实验提能课)1．用如图甲所示装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合外力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是____________________________________________________________________。(2)图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示。已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a­F关系图像，如图丙所示。此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________。(选填下列选项的序号)A．小车与平面轨道之间存在摩擦B．平面轨道倾斜角度过大C．所挂钩码的总质量过大D．所用小车的质量过大解析：(1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受到的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的重力，所以目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力。(2)由逐差法可知a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(21.60－8.79－8.79×10－2,4×0.12)m/s2≈1.0m/s2。(3)在实验中认为小车所受的合外力F就是钩码的重力mg，实际上，小车所受的合外力F′＝Ma，mg－F′＝ma，即F′＝eq\f(M,M＋m)·mg，a＝eq\f(1,M＋m)·mg＝eq\f(1,M＋m)F，所以当小车所受的合外力F变大时，m必定变大，eq\f(1,M＋m)必定减小。当M≫m时，a­F图像为直线，当不满足M≫m时，则a­F图像的斜率逐渐变小，选项C正确。答案：(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力(2)1.0(3)C2．(2015·全国Ⅱ卷)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。(1)物块下滑时的加速度a＝________m/s2，打C点时物块的速度v＝________m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。A．物块的质量 B．斜面的高度C．斜面的倾角解析：(1)物块沿斜面下滑做匀加速运动，根据纸带可得连续两段距离之差为0.13cm，由a＝eq\f(Δx,T2)得a＝eq\f(0.13×10－2,0.022)m/s2＝3.25m/s2，其中C点速度v＝eq\f(xBD,tBD)＝eq\f(3.65＋3.52×10－2,2×0.02)m/s≈1.79m/s。(2)对物块进行受力分析如图，则物块所受合外力为F合＝mgsinθ－μmgcosθ，即a＝gsinθ－μgcosθ得μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)，所以还需测量的物理量是斜面的倾角θ。答案：(1)3.251.79(2)C3．(2018·河南陕州中学强化训练)如图甲所示，某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器的挂钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时，加速度跟它们所受拉力的关系。(1)该同学将实验器材按图甲所示连接后，实验时还需要注意________________(只需写出一条)。(2)先接通电源，小车由静止释放，获得的一条纸带如图乙，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，O为小车运动时打的第一个点，则OD间的距离为________cm。(3)图丙是根据实验数据绘出的st2图线(s为各计数点至起点O的距离)，则由此图可算出加速度为________m/s2(保留两位有效数字)。解析：(1)实验前要平衡摩擦力，实验时要先接通电源再释放小车。(2)由题图乙可得刻度尺分度值为1mm，OD间的距离为(2.20－1.00)cm＝1.20cm。(3)小车做初速度为0的匀加速直线运动，位移s＝eq\f(1,2)at2，st2图像的斜率k＝eq\f(a,2)，由题图丙可得k＝eq\f(Δs,Δt2)≈0.465m/s2，加速度a＝0.93m/s2。答案：(1)平衡摩擦力或先接通电源后释放小车(2)1.20(1.19～1.21均可)(3)0.93(0.91～0.94均可)4．(2018·盐城期中考试)为了探究加速度与力、质量的关系：(1)小亮利用如图甲所示的实验方案，探究小车质量一定时加速度与合外力之间的关系，图中为上下两层水平轨道，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力，两小车尾部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，并同时停止。①实验前，下列操作必要的是________。A．选用质量相同的两辆小车B．调节定滑轮的高度，使细线与轨道平行C．使砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量D．将轨道右端适当垫高，使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动，以平衡摩擦力②他测量了两小车的位移为x1、x2，则eq\f(a1,a2)＝________。(2)小明用如图乙所示的装置进行实验：①打出的一条纸带如图丙所示，计时器打点的时间间隔为0.02s。他从比较清晰的A点起，每五个点取一个计数点，测量出各点到A点的距离并标在纸带上各点的下方，则小车运动的加速度为________m/s2。②实验前由于疏忽，小明遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的aF图像，可能是图丁中的图线________(选填“1”“2”或“3”)。③调整正确后，他作出的aF图像末端明显偏离直线，如果已知小车质量为M，某次所挂钩码质量为m，则图戊中坐标a1应为________，a2应为________。解析：(1)①本实验利用控制变量法，不一定要求两辆小车的质量相同，但是必须远大于砝码和砝码盘的总质量，A项错误，C项正确；使细线与轨道平行是为了减小摩擦，B项正确；为了保证砝码和砝码盘的总重力作为小车的合外力，就必须平衡摩擦力，D项正确。②根据x＝eq\f(1,2)at2可得eq\f(a1,a2)＝eq\f(x1,x2)。(2)①根据Δx＝aT2＝xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝0.4×10－2m，a＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(0.4×10－2,0.12)m/s2＝0.4m/s2。②如果遗漏平衡摩擦力这一步骤，当力比较小的时候，小车不能运动，没有加速度，所以图线3符合要求。③根据牛顿第二定律，当满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量时，即a1＝eq\f(mg,M)，为一过原点的直线；如果不能满足，则mg－F＝ma2，F＝Ma2，联立可得a2＝eq\f(mg,M＋m)。答案：(1)①BCD②eq\f(x1,x2)(2)①0.4②3③eq\f(mg,M)eq\f(mg,M＋m)5．(2018·泰兴中学高三检测)某实验小组利用如图所示的气垫导轨实验装置，探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系。(1)做实验时，将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间(遮光条的遮光时间)分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，遮光条宽度d。则滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝________；经过光电门2时的速度表达式v2＝________；滑块加速度的表达式a＝________(以上表达式均用已知字母表示)。(2)实验中为了保持滑块所受的合力不变，可同时改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h。关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h”的正确操作方法是________。A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小解析：(1)滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝eq\f(d,Δt1)，经过光电门2时的速度表达式v2＝eq\f(d,Δt2)，滑块加速度a＝eq\f(v22－v12,2x)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2