【走向高考】2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 第4講 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

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1、第3章 第4講 一、選擇題 1．為了更直觀地反映物體的加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系，往往用二者的關(guān)系圖象表示出來，該關(guān)系圖象應(yīng)選(　　) A．a(chǎn)－m圖象　　　　　　 B．m－a圖象 C．a(chǎn)－圖象 D.－a圖象 [答案]　C [解析]　在作用力相同的情況下，質(zhì)量越大，速度的變化越慢，加速度越小，兩者可能成反比，則用a－圖象更容易判斷． 2．如果a－圖象是通過原點的一條直線，則說明(　　) A．物體的加速度a與質(zhì)量m成正比 B．物體的加速度a與質(zhì)量m成反比 C．物體的質(zhì)量m與加速度a成正比 D．物體的質(zhì)量m與加速度a成反比 [答案]　B [解析]　a－

2、圖象是通過原點的一條直線，則a與成正比，則加速度a與質(zhì)量m成反比，A項錯誤，B項正確．物體的質(zhì)量為定值，故C、D選項錯誤． 3．在利用打點計時器和小車做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，下列說法中正確的是(　　) A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上 B．連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)與長木板保持平行 C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動 D．小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車 [答案]　BCD [解析]　本實驗先平衡摩擦力而后再把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，所以A選項錯誤． 4．在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，在研究加速度a與小車的質(zhì)量

3、M的關(guān)系時，由于沒有注意始終滿足M?m的條件，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是圖中的(　　) [答案]　D [解析]　在本實驗中，小車的加速度a＝＝，則繩子的張力F＝，在研究加速度跟小車質(zhì)量M的關(guān)系時，保持m不變，若橫軸為1/(M＋m)，則a－1/(M＋m)圖象應(yīng)是過原點的直線，當(dāng)滿足M?m時，m可以忽略不計，a≈，a－1/M圖象還可以滿足圖象是過原點的直線；當(dāng)小車的質(zhì)量較小，不滿足M?m時，斜率將變小，圖象便發(fā)生彎曲．故選D. 二、非選擇題 5．(2020·南通)如圖甲所示是某同學(xué)探究小車加速度與力的關(guān)系的實驗裝置，他將光電門固定在水平軌道上的B點，用不同重物通過細(xì)線拉同一小車，每次小車都從同

4、一位置A由靜止釋放． (1)若用游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度d如圖乙所示，則d＝________cm；實驗時將小車從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝2.0×10－2s，則小車經(jīng)過光電門時的速度為________m/s； (2)實驗中可近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力與重物重力大小相等，則重物的質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M間應(yīng)滿足的關(guān)系為________； (3)測出多組重物的質(zhì)量m和對應(yīng)遮光條通過光電門的時間Δt，并算出相應(yīng)小車經(jīng)過光電門時的速度v，通過描點作出線性圖象，研究小車加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出________(選填“v－m”或“v2－m”)圖象； (

5、4)某同學(xué)在(3)中作出的線性圖象不通過坐標(biāo)原點，其原因是____________． [答案]　(1)1.140　0.57　(2)m?M　(3)v2－m　 (4)小車與水平軌道間存在摩擦力(或未平衡摩擦力) [解析]　本題考查對驗證牛頓第二定律的遷移能力． (1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為主尺加游標(biāo)尺得到11.40mm即1.140cm，小車經(jīng)過光電門的時間很短，可以視為勻速運動，其速度為v＝m/s＝0.57m/s. (2)本實驗小車實際受到的拉力T＝＝，只有當(dāng)m?M時，拉力T≈mg. (3)因小車做勻加速運動，所以要做出小車加速度與力的關(guān)系，根據(jù)a＝＝≈，處理數(shù)據(jù)時要做出v2－m的圖象．

6、(4)圖象不通過坐標(biāo)的原點，說明沒有平衡摩擦力．本題難度中等． 6．(2020·吉林二模)為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗．其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問題： (1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？ 答：_______________________________________

7、_________________________________ (2)若取M＝0.4kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________． A．m1＝5g B．m2＝15g C．m3＝40g D．m4＝400g (3)在此實驗中需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達式為：____________________(用Δt1、Δt2、D、S表示) [答案]　(1)取下牽引砝碼，M放在任意位置都能靜止；或取下牽引砝碼，輕推滑行器M，數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間Δt都相等 (2)D (3)a＝ [解析]　(2)本實

8、驗的目的是“探究加速度與力的關(guān)系”，若將砝碼的重力(mg)看做是滑行器(M)的合外力，前提條件是m?M，故選項D不合適． (3)由v22－v12＝2as可得． 7．在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出． (1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足________時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力． (2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地檢查出加速度

9、a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與________的圖象． (3)如圖(a)，甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出的a－F圖線，說明實驗存在的問題是________． (4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a－F圖線，如圖(b)所示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？ [答案]　(1)M?m　(2) (3)平衡摩擦力時木板傾角過大 (4)兩小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同 [解析]　(1)只有M與m滿足M?m才能使繩對小車的拉力近似等于盤及盤中砝碼的重力． (2)由于a∝，所以a－圖象應(yīng)是一條過原點的直線，所以數(shù)據(jù)處理時，常作出a與的圖象． (3)平衡摩擦力時木板傾角過大． (4

10、)兩小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同時，a－F圖象的斜率也就不同． 8．(2020·福建福州3月質(zhì)檢)某實驗小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，通過改變重物的質(zhì)量來探究滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系．他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖乙所示． (1)圖線①是軌道位于________(填“水平”或“傾斜”)情況下得到的實驗結(jié)果； (2)圖線①②的傾斜程度(斜率)一樣，說明了什么問題？________(填選項前的字母) A．滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量在兩種情況下是一樣的 B．滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量在兩種情況下是不一樣的 C．滑塊和位移

11、傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量在兩種情況下是否一樣不能確定 [答案]　(1)傾斜　(2)A [解析]　(1)由圖乙可知，對于圖線①，當(dāng)拉力F＝0時，加速度并不為零，故軌道應(yīng)處于傾斜狀態(tài)；(2)設(shè)滑塊和位移傳感器的總質(zhì)量為M，在傾斜軌道上，由牛頓第二定律F＋Mgsinθ－f＝Ma得，a＝F＋(gsinθ－)；在水平軌道上，由牛頓第二定律F－f′＝Ma得，a＝F－；圖線①②的斜率均為，故選項A正確． 9．(2020·江蘇蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市一模)利用實驗探究“當(dāng)合外力大小一定時，物體運動的加速度大小與其質(zhì)量成反比”，給定的器材有：傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面(如圖)、小車、計時器、米尺、天平(含砝碼)、鉤

12、碼等．在實驗過程中不考慮摩擦，重力加速度為g.請結(jié)合下列實驗步驟回答相關(guān)問題． (1)用天平測出小車的質(zhì)量為m0； (2)讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2，用計時器記下所用的時間為t0； (3)用米尺測出A1與A2之間的距離為s，則小車的加速度大小a＝________； (4)用米尺測出A1相對于A2的高度為h0，則小車所受的合外力大小F＝________； (5)在小車中加鉤碼，用天平測出此時小車與鉤碼的總質(zhì)量m，同時通過改變斜面的傾角來改變固定點A1相對于A2的高度h，測出小車從A1靜止開始下滑到斜面底端A2所需的時間t；問：質(zhì)量不相等的前后兩次應(yīng)怎樣

13、操作才能使小車所受合外力大小一定？ 答 ：______________________________________________________________________； (6)多次改變小車鉤碼的總質(zhì)量進行實驗，測出各次對應(yīng)的m、h、t的值．以______________為縱坐標(biāo)、____________為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點．如果這些點在一條過原點的直線上，則可間接說明“當(dāng)合外力大小一定時，物體運動的加速度大小與其質(zhì)量成反比．” [答案]　(3)　(4)　(5)使各次測量m和h的乘積(或m與t2的比值)不變　(6)t2　m(或　) [解析]　(3

14、)由s＝at02得a＝ (4)在實驗過程中不考慮摩擦，F(xiàn)＝m0gsinα＝ (5)由小車所受合外力F合＝mgsinα＝知，要想保持小車所受合外力一定，保持mh乘積不變即可； (6)由F＝ma(定值)，即F＝得t2＝m，其中F＝. 10．(2020·徐州)光電計時器是一種研究物體運動情況的常見儀器．當(dāng)有物體從光電門通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．現(xiàn)利用如圖甲所示裝置探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系，其NQ是水平桌面，PQ是一端帶有滑輪的長木板，1、2是固定在木板上的兩個光電門(與之連接的兩個光電計時器沒有畫出)．小車上固定著用于擋光的窄片K，測得其寬度為d，讓小車從木板的頂

15、端滑下，光電門各自連接的計時器顯示窄片K的擋光時間分別為t1和t2. (1)該實驗中，在改變小車的質(zhì)量M或沙桶的總質(zhì)量m時，保持M?m，這樣做的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (2)為了計算出小車的加速度，除了測量d、t1和t2之外，還需要測量________，若上述測量量用x表示，則用這些物理量計算加速度的表達式為a＝

16、________； (3)某位同學(xué)經(jīng)過測量、計算得到如下表數(shù)據(jù)，請在圖乙中作出小車加速度與所受合外力的關(guān)系圖象. 組別 1 2 3 4 5 6 7 M/kg 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 F/N 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 a/(m·s－2) 0.13 0.17 0.26 0.34 0.43 0.51 0.59 (4)由圖象可以看出，該實驗存著較大的誤差，產(chǎn)生誤差的主要原因是：___________________________________

17、_____________________________________ ________________________________________________________________________. [答案]　(1)使小車所受合外力大小等于(或約等于)mg (2)兩光電門之間的距離　 (3)如下圖 (4)木板傾角偏小 [解析]　本題是探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗，考查實驗條件、實驗需要測量的物理量、實驗結(jié)果的表達、圖象法處理實驗數(shù)據(jù)及實驗誤差分析．(2)測量兩個光電門之間的距離x，根據(jù)運動學(xué)公式2ax＝()2－()2可求出加速度的大?。?