2024年高考物理實驗探究題專項訓(xùn)練：運動和力的關(guān)系

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁2024年高考物理實驗探究題專項訓(xùn)練：運動和力的關(guān)系1．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置“驗證牛頓第二定律”，打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，紙帶每打5個點選一個計數(shù)點。已知重物的質(zhì)量為m，重力加速度為g，滑輪重力不計。(1)為了能完成該實驗，下列操作正確的是（）A．保證小車的質(zhì)量遠大于重物的質(zhì)量B．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細線與長木板平行C．實驗開始時應(yīng)先釋放小車，后接通電源D．將長木板左端墊高適當(dāng)角度，以平衡長木板對小車的摩擦力(2)由如圖乙所示紙帶，可求得小車的加速度大小為m/s2。（保留兩位有效數(shù)字）(3)若實驗中彈簧測力計讀數(shù)，則說明牛頓第二定律成立。（用字母m、g、a表示）2．如圖所示的實驗裝置可以用來研究加速度與合外力之間的關(guān)系，長木板一端放在水平面上，另一端用鐵架臺架起形成一個斜面，長木板最左端固定一個力傳感器，細繩一端與力傳感器相連另一端與小車相連，細繩與長木板平行，小車連同小車上固定的遮光片總質(zhì)量為M，光電門固定在靠近長木板右端位置。主要實驗步驟如下：①按照裝置圖把實驗器材安放到位；②用刻度尺測量小車到遮光片中心到光電門的距離x；③讀出小車靜止時力傳感器的示數(shù)，然后剪斷系著小車的細繩，讓小車從靜止開始運動，記錄小車位移為x時它上面的遮光片通過光電門的遮光時間；(1)用游標卡尺測出滑塊上遮光片的寬度d如圖所示，則cm；(2)小車靜止時力傳感器示數(shù)為，細繩被剪斷后，不計小車受到的摩擦阻力、空氣阻力，則小車在長木板上運動時合外力；小車經(jīng)過光電門時的瞬時速度（用d、表示）。(3)在本實驗中，改變x的數(shù)據(jù)，遮光時間隨之變化，做出圖像如圖，根據(jù)圖像可求出加速度（保留2位小數(shù)）。(4)調(diào)整斜面傾角，測量多組以及對應(yīng)的加速度a的數(shù)據(jù)，以力傳感器示數(shù)為橫坐標，以加速度a為縱坐標，如果所得的圖像近似為一條則表明在誤差允許范圍內(nèi)，“在質(zhì)量不變的情況下，物體的加速度與合外力成正比”是正確的。3．某實驗小組在沒有天平的情況下，利用下列器材測量小車質(zhì)量。器材包括小車、一端帶有定滑輪的平直軌道、墊板、細線、打點計時器、紙帶、頻率為50Hz的交流電源、5個槽碼（槽碼的質(zhì)量均為）。（1）按圖甲安裝好實驗器材，跨過定滑輪的細線一端連接在小車上，另一端懸掛著5個槽碼。改變軌道的傾角，用手輕撥小車，直到打點計時器在紙帶上打出一系列的點，表明小車沿傾斜軌道勻速下滑。（2）保持軌道傾角不變，取下1個槽碼（即細線下端懸掛4個槽碼），由靜止釋放小車，讓小車拖著紙帶沿軌道下滑，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制圖像如圖，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。（3）依次減少細線下端懸掛的槽碼數(shù)量，重復(fù)步驟（2）。（4）用n表示取下的槽碼數(shù)，對應(yīng)不同的n、和的值如下表所示。n23450.50.330.250.20（）1.200.770.550.42①利用表中的數(shù)據(jù)在圖丙中作出關(guān)系圖線。②由關(guān)系圖線可求出斜率為。③小車質(zhì)量kg。（，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）4．實驗小組在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時，用圖甲所示的裝置來進行；由水平放置的氣墊導(dǎo)軌側(cè)面的刻度尺可以測出光電門A、B之間的距離L以及遮光片的寬度d，遮光片通過光電門A、B的時間tA、tB可通過計時器（圖中未標出）分別讀出，滑塊質(zhì)量為M，鉤碼的質(zhì)量為m，打開氣墊導(dǎo)軌的氣源，讓滑塊在鉤碼的重力作用下做勻加速直線運動，重力加速度為g，回答下列問題：(1)滑塊的加速度a=（用L、tA、tB、d來表示）。(2)保持鉤碼的質(zhì)量m不變，改變滑塊的質(zhì)量M，且滿足m遠小于M，得出不同的M對應(yīng)的加速度a，描繪出a-M函數(shù)關(guān)系圖像如圖乙，若圖中標為陰影的兩矩形的面積相等，則a與M成（填“正比”或“反比”）。(3)撤去光電門A，保持滑塊的質(zhì)量M不變，改變鉤碼的質(zhì)量m，且滿足m遠小于M，滑塊每次都從氣墊導(dǎo)軌右邊距光電門B為x的同一位置由靜止釋放，遮光片通過光電門B的時間為t，為了能更直觀地看出滑塊的加速度與所受合力的關(guān)系，應(yīng)作出（選填“”“”或“”）圖像，若該圖像的斜率為k，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間，則滑塊的質(zhì)量M=（用k、d、g、x表示）。5．為測量小銅塊與某軌道表面間的動摩擦因數(shù)，一同學(xué)將該軌道的一端放在水平桌面上，形成一傾角為的斜面，小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學(xué)用手機拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得4個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔）內(nèi)小銅塊沿斜面下滑的距離，如下表所示。7.04cm9.09cm11.18cm13.27cm由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為，小銅塊與該軌道表面間的動摩擦因數(shù)為。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取）6．甲、乙同學(xué)均設(shè)計了測動摩擦因數(shù)的實驗，已知重力加速度為g。(1)甲同學(xué)設(shè)計的實驗裝置如圖甲所示，其中A為置于水平面上的質(zhì)量為M的長直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一個輕質(zhì)彈簧測力計，連接彈簧測力計的細繩水平，實驗時用力向左拉動A，當(dāng)C的示數(shù)穩(wěn)定后（B仍在A上），讀出其示數(shù)F，則該設(shè)計能測出（填“A與B”或“A與地面”）之間的動摩擦因數(shù)，其表達式為。(2)乙同學(xué)的設(shè)計如圖乙所示，他在一端帶有定滑輪的長木板上固定A、B兩個光電門，與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運動時間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力，長木板固定在水平面上，物塊與滑輪間的細繩水平，實驗時，多次改變沙桶中沙的質(zhì)量，每次都讓物塊從光電門A處由靜止開始運動，讀出多組測力計示數(shù)F及對應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運動時間，在坐標系中作出的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，因乙同學(xué)不能測出物塊質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測出光電門A、B之間的距離x。根據(jù)所測物理量及圖線信息，可知∶物塊的質(zhì)量為及物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)表達式為。（用k、b、x、g表示）7．某同學(xué)通過自由落體運動來測量重力加速度，但由于物體下落時間較短，導(dǎo)致測量誤差較大。為了減小測量誤差，該同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，利用秒表和刻度尺來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取２糠謱嶒灢襟E如下：（1）用一不可伸長的輕繩跨過定滑輪連接質(zhì)量分別為M、m的兩物塊P和Q（），固定物塊Q使P、Q靜止在距離地面一定高度處；（2）用刻度尺測量出物塊P下端距地面的高度h；（3）將物塊Q由靜止釋放，測出P從開始運動到落地所用的時間t，則物塊P下落的加速度表達式為a＝；（4）改變h，重復(fù)上述操作，測得多組實驗數(shù)據(jù)，作出圖像，得到該圖像的斜率為k。若忽略一切摩擦阻力，計算當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋磉_式為g＝（用k、M和m表示）；（5）若考慮輕繩與滑輪之間的摩擦，則通過該方法測得的重力加速度與真實值相比（填“偏大”或“偏小”）。8．某同學(xué)利用手機“聲音圖像”軟件輔助測量物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖甲所示，將長木板固定在水平桌面上，物塊置于長木板上且兩端分別通過跨過定滑輪的細線與小球A、B相連，實驗前分別測量出小球A、B底部到地面的高度、（）。打開手機軟件，燒斷一側(cè)細繩，記錄下小球與地面兩次碰撞聲的時間圖像（兩小球落地后均不反彈）。(1)燒斷細線前，用分度值為1cm的刻度尺測量，刻度尺的0刻度線與地面齊平，小球A的位置如圖乙所示，則；(2)實驗時燒斷物塊左側(cè)的細繩，若算得A下落的時間為0.40s，由圖丙可知，物塊加速運動的時間為s；若將手機放在靠近小球B的地面上測量物塊加速運動的時間，測量結(jié)果會（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）；(3)僅改變小球B實驗前離地高度，測量不同高度下物塊加速運動的時間t，作出圖像如圖丁所示，由圖像可求得斜率為，若小球B的質(zhì)量為，物塊質(zhì)量為，重力加速度大小為，則物塊與木板間的動摩擦因數(shù)（用字母、、、表示）。答案第=page11頁，共=sectionpages22頁答案第=page11頁，共=sectionpages22頁參考答案：1．(1)B(2)0.93(3)【詳解】（1）A．繩子中的拉力大小可由彈簧測力計的示數(shù)直接讀出，不需要保證小車的質(zhì)量遠大于重物的質(zhì)量，故A錯誤；B．要使彈簧測力計的示數(shù)穩(wěn)定，需調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細線與長木板平行，故B正確；C．為了完整地記錄運動過程，應(yīng)先接通電源，后釋放小車，故C錯誤；D．實驗中以重物為研究對象驗證牛頓第二定律，故無需平衡長木板對小車的摩擦力，D錯誤。故選B。（2）根據(jù)題意可知，紙帶上相鄰計數(shù)點的時間間隔根據(jù)逐差法可得小車的加速度大小為（3）由圖甲可知，彈簧測力計的示數(shù)等于繩子的拉力，且小車加速度為重物加速度的兩倍，對重物有解得2．(1)(2)(3)1.64(4)過原點的直線【詳解】（1）游標卡尺測得寬度（2）[1]小車靜止時，繩子拉力與重力沿斜面分力平衡，因此，小車在長木板上運動時合外力[2]小車通過光電門的瞬時速度為（3）根據(jù)速度位移公式得有整理得根據(jù)圖像知圖線的斜率為根據(jù)得（4）在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比，所以圖像是一條過原點的直線。3．等間距0.402.60.26【詳解】（1）[1]改變軌道的傾角，用手輕撥小車，直到打點計時器在紙帶上打出一系列等間距的點，表明小車沿傾斜軌道勻速下滑。（2）[2]物體做勻加速直線運動，對應(yīng)的圖像為曲線，由圖像可知，當(dāng)時，位移為則有解得（4）①[3]結(jié)合表格數(shù)據(jù)，根據(jù)描點法可得如圖所示圖線②[4]由關(guān)系圖線可求出斜率為③[5]根據(jù)題意，由牛頓第二定律有整理可得則有解得4．(1)(2)反比(3)【詳解】（1）滑塊做勻加速直線運動，則所以（2）把a-M函數(shù)關(guān)系圖像中兩個矩形補充完整，如圖所示兩個完整的矩形的面積相等都為mg，再減去補充的共有面積，剩余的面積也相等，即圖中兩矩形的面積相等，當(dāng)鉤碼的質(zhì)量m不變，滑塊的質(zhì)量M與加速度a的乘積不變恒為mg，則a與M成反比。（3）[1]根據(jù)速度位移關(guān)系可得所以所以為了能更直觀地看出滑塊的加速度與所受合力的關(guān)系，應(yīng)作出圖像；[2]根據(jù)題意有解得5．0.520.52【詳解】[1]小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為[2]根據(jù)牛頓第二定律解得6．(1)A與B(2)【詳解】（1）[1][2]該設(shè)計能測出A與B之間的滑動摩擦力，即可測出A與B之間的動摩擦因數(shù)，根據(jù)可得其表達式為（2）[1]小車由靜止開始做勻加速運動，根據(jù)勻加速直線運動位移時間公式得解得對物塊，根據(jù)牛頓第二定律得則則圖線的斜率為即縱截距為小車與長木板間的摩擦因數(shù)7．偏小【詳解】（3）由可得物塊P下落的加速度表達式為（4）根據(jù)則圖像的斜率由牛頓第二定律解得（5）若考慮輕繩與滑輪之間的摩擦，則可得即通過該方法測得的重力加速度與真實值相比偏小。8．(1)78.5（78.3~78.7）(2)0.90偏小