（講練測）高考物理一輪復習 專題13 探究加速度與力、質量的關系（測）（ 含解析）-人教版高三全冊物理試題

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1、專題13 探究加速度與力、質量的關系（測） 【滿分：110分 時間：90分鐘】 實驗題（共10小題，每題11分） 1．某同學在實驗室用如圖所示的裝置來研究牛頓第二定律的問題。 ①為了盡可能減少摩擦力的影響，需要將長木板的右端墊高，直到在沒有沙桶拖動下，小車拖動穿過計時器的紙帶時，能在紙帶上。 ②在____________條件下，可以認為繩對小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力。 ③在此實驗中，此同學先接通計時器的電源，再放開紙帶，如圖是在m=100g，M=1kg情況下打出的一條紙帶，O為起點，A、B、C為過程中的三個相鄰的計數點，相鄰的計數點之間有四個點沒有標出，有關數據如圖所

2、示，其中hA=42.05cm, hB=51.55cm, hC=62.00cm則小車的加速度為a=m/s2。（保留2位有效數字） ④在”驗證牛頓運動定律”的實驗中,在研究加速度a與小車的質量M的關系時,由于沒有注意始終滿足②問的條件,結果得到的圖象應是下圖中的( ) 【答案】（1）打出間距均勻的點；（2）沙桶質量遠小于小車總質量；（3） 0.95；（4）D 【名師點睛】此題是研究牛頓第二定律的實驗；只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數據的處理都與實驗原理有關，故要加強對實驗原理的學習和掌握，能根據打出的紙帶求出物體的加速度、物體的瞬時

3、速度。 2．如圖所示，小車、打點計時器等器材置于高度可調節(jié)的長木板上。 鉤碼 砝碼 打點計時器 細線 （1）在驗證牛頓第二定律的實驗中，除打點計時器（附紙帶、復寫紙）、小車（其上可放置砝碼）、細線、鉤碼（質量已知）、附滑輪的長木板、導線外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有__________。（填寫序號）①電壓合適的50Hz交流電源②電壓可調的直流電源③刻度尺 ④秒表 ⑤天平 實驗時通過改變_________，可驗證質量一定時，加速度與力成正比的關系；通過_________，可驗證力一定時，加速度與質量成反比的關系。 （2）在驗

4、證牛頓第二定律的實驗中，若平衡摩擦力時，長木板的一端調節(jié)過高，使得傾角偏大，則所得到的a－F關系圖象為_______。（a是小車的加速度，F是細線作用于小車的拉力）a O F a O F a O F a O F （A） （B） （C） （D） （3）實驗中得到一條紙帶，在紙帶上便于測量的地方選取第1個計數點，其下標明A，第6個計數點下標明B，第11個計數點下標明C，第16個計數點下標明D，第21個計數點下標明E。若測得AC

5、長為14.56 cm，CD長11.15 cm，DE長為13.73 cm，則小車運動的加速度大小為_________m／s2，打C點時小車的瞬時速度大小為_________m／s。（保留三位有效數字） A B C D E 【答案】（1）①③⑤；鉤碼個數；添加砝碼（2）C（3）2.58；0.986 【名師點睛】此題是驗證牛頓第二定律的實驗；關鍵是要搞清此實驗的原理、器材、注意事項及操作的基本步驟，尤其是平衡摩擦力的操作要搞清楚；會用勻變速直線運動的基本規(guī)律來求解物體的加速度和速度值；此題是中等題. 3．某實驗小組采用如圖9所示的實驗裝

6、置探究小車加速度與力、質量的關系。 圖9 (1)下列關于該實驗的說法中正確的是________。 A.平衡摩擦力時，應將盤和盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上 B.每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力 C.實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器 D.在每次實驗時，應使砝碼和砝碼盤的總質量遠大于小車的質量 (2)該實驗小組采用正確的實驗步驟后，利用打點頻率為50Hz的打點計時器，得到的其中一條紙帶如圖10所示：(圖中每兩個計數點間還有四個點未畫出) 圖10 則在該次實驗中，小車運動的加速度大小為________m/s2(結果保留三位有效數字)。 【答案】(1

7、)B(4分) ；(2)1.19(4分) 【解析】 (1)砝碼和砝碼盤的重力等于小車受到的拉力，因此在平衡小車受到的摩擦力時，不能將盤和盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上，選項A錯誤；平衡摩擦力是利用小車本身重力的下滑分量來進行的，即mgsinθ＝μmgcosθ，由此式可以看出不需要重新平衡摩擦力，選項B正確；實驗時，應先接通打點計時器，【名師點睛】探究加速與力的關系實驗時，要平衡摩擦力、應根據紙帶求出小車的加速度，掌握實驗的實驗注意事項是正確解題的關鍵． 4．某同學設計了一個探究加速度與物體所受合力及質量間關系的實驗，圖a為實驗裝置圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有沙的沙桶，D為

8、一端帶有定滑輪的長方形木板。實驗中認為細繩對小車的拉力F等于沙和沙桶的總重力，小車運動的加速度a可由打點計時器在紙帶上打出的點求得 （1）圖b為某次實驗得到的紙帶，紙帶上兩相鄰計數點的時間間隔為0.10s，由圖中數據求出小車加速度值為_____________（計算結果保留兩位有效數字）。 （2）保持沙和沙桶的質量不變，改變小車質量m，分別得到小車加速度a與質量m及對應的數據如表中所示，根據表中數據，為直觀反映F不變時，a與m的關系，請在圖c中選中恰當的物理量和標度建立坐標系，并作出圖線。 （3）從圖線中得到F不變時小車加速度a與質量m間的定量關系是_________。 （

9、4）保持小車質量不變，改變沙和沙桶質量，該同學根據實驗數據作出了加速度與合力F圖線如圖d，該圖線不通過原點，明顯超出偶然誤差范圍，其主要原因是_________。 【答案】（1）（2）如圖所示（3）（4）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 （4）圖線不通過坐標原點，F不為零時，加速度仍為零，知實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足． 【名師點睛】明確實驗原理是解決有關實驗問題的關鍵．在驗證牛頓第二定律實驗中，注意以下幾點：（1）平衡摩擦力，這樣繩子拉力才為合力；（2）滿足砝碼（連同砝碼盤）質量遠小于小車的質量，這樣繩子拉力才近似等于砝碼（連同砝碼盤）的重力；（3）用“二分法”求出小車的加速

10、度。 5．圖a所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律： （1）某同學通過實驗得到如圖b所示的a-F圖像，造成這一結果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角____________（填“偏大”或“偏小”） （2）該同學在平衡摩擦力后進行實驗，實際小車在運動過程中所受的拉力_______砝碼和盤的總重力（填“大于”、“小于”或“等于”），為了便于探究、減小誤差。應使小車質量M與砝碼和盤的總質量m滿足_______的條件 （3）某同學得到如圖c所示的紙帶。已知打點計時器電源頻率為50Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點。由此可算出小車的加速度a=________（保留

11、兩位有效數字） 【答案】（1）偏大；（2）小于，M >>m （3）5.0m/s2 （3）相鄰點間的時間間隔為，根據刻度尺的示數可知，解得 【名師點睛】教科書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等。 6．如圖所示為“用DIS(位移傳感器、數據采集器、計算機)研究加速度和力的關系”的實驗裝置． (1)在該實驗中必須采用控制變量法，應保持________不變，用鉤碼所受的重力作為________，用DIS測小車的加速度.

12、 (2)改變所掛鉤碼的數量，多次重復測量．在某次實驗中根據測得的多組數據可畫出a－F關系圖線如圖所示． ①分析此圖線的OA段可得出的實驗結論是______ . ②此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是________． A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導軌保持了水平狀態(tài) C．所掛鉤碼的總質量太大 D．所用小車的質量太大 【答案】(1)小車的總質量(或小車的質量)；小車所受外力(或外力、合外力)；(2)① 在質量不變的條件下，加速度與合外力成

13、正比；② C。 【名師點晴】在研究牛頓第二定律的實驗中，需要用到控制變量的方法，即研究加速度與力的關系時要控制質量不變，同理研究加速度與質量的關系時，需要控制力不變；力的大小是通過重物的重力來體現的，而繩子對小車的拉力卻不等于重物的重力，因為物體做的是加速運動，拉力F=，即當M>>m時，拉力F才等于mg。 7．為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學采用了“加速度與物體質量、物體受力關系”的實驗裝置（如圖所示）。實驗室，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力。 （1）往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車（選填“前”或“后

14、”）接通打點計時器的電，在紙帶上打出一系列的點。 （2）從紙帶上選取若干計數點進行測量，得出各計數點的時間t與速度v的數據如上表：請根據實驗數據作出小車的v-t圖像。] 時間t/s 0 0.50] 1.00] 1.50 2.00 2.50 速度v(m/s) 0.12 0.19 0.23 0.26 0.28 0.29 v(m/s) t/s 0 （3）通過分析，你能得出的結論是：_____________________________________。 【答案】（1）前 （2）如圖所示；（3）在v-t圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合力越小，

15、則小車受空氣阻力越大． 【名師點睛】本題以探究運動物體所受空氣阻力與速度的關系實驗為背景，考查對基本實驗（探究加速度與力的關系）變通與創(chuàng)新能力，所以我們要對書本上的實驗問題掌握到位． 8．如圖甲所示為阿特武德機的示意圖，它是早期測量重力加速度的器械，由英國數學家和物理學家阿特武德于1784年制成．他將質量同為M（已知量）的重物用繩連接后，放在光滑的輕質滑輪上，處于靜止狀態(tài)．再在一個重物上附加一質量為m的小重物，這時，由于小重物的重力而使系統(tǒng)做初速度為零的緩慢加速運動并測出加速度，完成一次實驗后，換用不同質量的小重物，重復實驗，測出不同m時系統(tǒng)的加速度． （1）若選定如圖甲

16、左側物塊從靜止開始下落的過程進行測量，則為了圖乙需要直接測量的物理量有___ ____ A．小重物的質量m B. 大重物質量M C．繩子的長度 D．重物下落的距離及下落這段距離所用的時間 （2）經過多次重復實驗，得到多組a、m數據，作出圖象，如圖乙所示，已知該圖象斜率為k，縱軸截距為b，則可求出當地的重力加速度g=，并可求出重物質量M= 【答案】 (1)AC (2)1/b ； 【解析】（1）根據牛頓第二定律可知mg=(m+2M)a，又根據，可解得：，則需要直接測量的物理量有小重物的質量m和重物下落的距離h及下落這段距離所用的時間t； （2）根據mg=(m+2M)a解得： ，故

17、，，解得； 【名師點睛】此題是牛頓第二定律的應用問題；解決本題的關鍵是通過牛頓第二定律和運動學公式得出重力加速度的表達式，以及推導出關系式，結合圖線的斜率和截距進行求解；此題意在考查學生處理物理實驗的能力. 9．如圖所示為山丹一中兩位同學探究“物體的加速度與其質量、所受合外力的關系”的實驗裝置圖． (1)實驗中，兩位同學安裝好實驗裝置后，首先平衡摩擦力，他們將長木板的一端適當墊高些后，在不掛砝碼盤的情況下，使小車靠近打點計時器后，先接通電源，后用手輕撥小車，小車便拖動紙帶在木板上自由運動。若打點計時器第一次在紙帶上打出的計時點越來越稀疏（從打出的點的先后順序看），則第二次打點前

18、應將長木板底下的小木塊墊的比原先更加_______（選填“高”或“低”）些；重復以上操作步驟，直到打點計時器在紙帶上打出一系列___________的計時點，便說明平衡摩擦力合適。 （2）平衡摩擦力后，在____________的條件下，兩位同學可以認為砝碼盤(連同砝碼)的總重力近似等于小車的所受的合外力。 (3)接下來，這兩位同學先保持小車的質量不變的條件下，研究小車的加速度與受到的合外力的關系；下圖為某次操作中打出的一條紙帶，他們在紙帶上標出了5個計數點，在相鄰的兩個計數點之間還有4個點未標出，圖中數據的單位是cm。實驗中使用的是頻率f＝50 Hz的交變電流．根據以上數據，可以算出小車

19、的加速度a＝________m/s2。(結果保留三位有效數字) (4)然后，兩位同學在保持小車受到的拉力不變的條件下，研究小車的加速度a與其質量M的關系。他們通過給小車中增加砝碼來改變小車的質量M，得到小車的加速度a與質量M的數據，畫出a－圖線后，發(fā)現：當較大時，圖線發(fā)生彎曲。于是，兩位同學又對實驗方案進行了進一步地修正，避免了圖線的末端發(fā)生彎曲的現象，那么，兩位同學的修正方案可能是 (　　) A．改畫a與(M＋m)的關系圖線 B．改畫a與的關系圖線 C．改畫a與的關系圖線 D．改畫a與的關系圖線 （5）探究“物體的加速度與其質量、所受合外力的關系”實驗完成后，

20、兩位同學又打算測出小車與長木板間的動摩擦因數。于是兩位同學先取掉了長木板右端墊的小木塊，使得長木板平放在了實驗桌上，并把長木板固定在實驗桌上，具體的實驗裝置如圖所示；在砝碼盤中放入適當的砝碼后，將小車靠近打點計時器，接通電源后釋放小車，打點計時器便在紙帶上打出了一系列的點，并在保證小車的質量M、砝碼（連同砝碼盤）的質量m不變的情況下，多次進行實驗打出了多條紙帶，分別利用打出的多條紙帶計算出了小車運動的加速度，并求出平均加速度，則小車與長木板間的動摩擦因數=________。（用m、M、、g表示） 【答案】（1）低點間隔相等（2）砝碼盤（連同砝碼）的總質量遠小于小車的質量（3）0.34

21、3（4）C（5） （4）乙同學通過給小車增加砝碼來改變小車的質量M，故小車的質量應為M+m，作圖時應作出圖象，C正確 【名師點睛】明確實驗原理是解決有關實驗問題的關鍵．在驗證牛頓第二定律實驗中，注意以下幾點：（1）平衡摩擦力，這樣繩子拉力才為合力；（2）滿足砝碼（連同砝碼盤）質量遠小于小車的質量，這樣繩子拉力才近似等于砝碼（連同砝碼盤）的重力；（3）用“二分法”求出小車的加速度。 10．如圖1所示，為“探究加速度與力、質量的關系”實驗裝置及數字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量及小車和砝碼的質量對應關系圖。鉤碼的質量為m1，小車和砝碼的質量為m2，重力加速度為g。 ⑴下列說法

22、正確的是＿＿＿＿＿。 A．每次在小車上加減砝碼時，應重新平衡摩擦力 B．實驗時若用打點計時器應先釋放小車后接通電源 C．本實驗m2應遠小于m1 D．在用圖象探究加速度與質量關系時，應作圖象] ⑵實驗時，某同學由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，測得，作出圖像，他可能作出圖2中＿＿＿＿＿(選填“甲”、“乙”、“丙”)圖線。此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是＿＿＿＿＿。] A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導軌保持了水平狀態(tài) C．鉤碼的質量太大 D．所用下車和砝碼的質量太大 (3)實驗時，某同學遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若軌

23、道水平，他測量得到的圖像，如圖3。設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，則小車與木板間的動摩擦因數=＿＿＿＿＿，鉤碼的質量=＿＿＿＿＿。] (4)實驗中打出的紙帶如圖所示．相鄰計數點間的時間是0.1 s，其中，，由此可以算出小車運動的加速度是________m/s2.（結果保留兩位有效數字） 【答案】（1）D（2）甲，C（3），（4）0.64 m/s2] （2）由于遺漏了平衡摩擦力，需要當外力達到一定時，小車才開始做加速運動，故圖像的橫截距不為零．故圖線為甲；當不滿足時，隨的增大物體的加速度a逐漸減小，故圖象彎曲的原因是：所掛鉤碼的總質量太大，不滿足沙和沙桶質量遠小于小車的質量，故C正確； （3）根據牛頓第二定律可知，，化簡可得，故，故，，故 （4）根據逐差法可得、、，三式相加可得，代入數據可得 【名師點睛】做分析勻變速直線運動情況時，其兩個推論能使我們更為方便解決問題，一、在相等時間內走過的位移差是一個定值，即，二、在選定的某一過程中，中間時刻瞬時速度等于該過程中的平均速度