2025版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第3章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)4探究加速度與物體受力物體質(zhì)量的關(guān)系提能訓(xùn)練

第三章試驗(yàn)四基礎(chǔ)過關(guān)練1．(2024·廣東珠海質(zhì)檢)圖甲為探究加速度與物體受力、質(zhì)量之間的關(guān)系的試驗(yàn)裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M。試驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮　?1)試驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車和砝碼所受的合外力，先調(diào)整長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。接下來須要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是(B)A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)整砂和砂桶總質(zhì)量的大小，使小車在細(xì)線的牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出的紙帶推斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶推斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，視察推斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)(2)試驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是(C)A．M＝20g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、35gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)圖乙是試驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。測(cè)出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為xAB＝4.22cm、xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm、xEF＝5.91cm、xFG＝6.34cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，則小車的加速度a＝_0.42__m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。[解析](1)為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車和砝碼所受的合外力，要保證細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，還須要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)要撤去砂和砂桶并利用打出的紙帶推斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，比較各項(xiàng)可知，選項(xiàng)B正確。(2)事實(shí)上，平衡摩擦力后，有mg－T＝ma，T＝Ma，則mg＝(M＋m)a，只有當(dāng)M?m時(shí)，才可以將砂和砂桶的總重力大小mg看作小車與砝碼受到的合外力大小Ma，因此應(yīng)選擇eq\f(m,M)最小的一組，選項(xiàng)C正確。(3)相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝5×0.02s＝0.1s，利用逐差法可得加速度a＝eq\f(xDE＋xEF＋xFG－xAB－xBC－xCD,9T2)，代入數(shù)據(jù)得a＝0.42m/s2。2．某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。(1)試驗(yàn)中除了須要小車、砝碼、托盤、細(xì)繩、附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓溝通電源、兩根導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶之外，還須要_天平__、_刻度尺_(dá)_。(2)某同學(xué)以小車和車上砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)eq\f(1,M)為橫坐標(biāo)，小車的加速度a為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出的a－eq\f(1,M)關(guān)系圖線如圖乙所示。圖線不過原點(diǎn)說明試驗(yàn)有誤差，引起這一誤差的主要緣由是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角_過大__(填“過大”或“過小”)。(3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量確定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們?cè)谲壍浪郊皟A斜兩種狀況下分別做了試驗(yàn)，得到了兩條a－F圖線，如圖丙所示。圖線_①__(填“①”或“②”)是在軌道傾斜狀況下得到的；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m＝_0.5__kg。[解析](1)試驗(yàn)中須要用托盤和砝碼的總重力表示小車受到的拉力，需測(cè)量托盤的質(zhì)量，試驗(yàn)中還須要測(cè)量小車和車上砝碼總質(zhì)量，所以還須要天平。試驗(yàn)中須要用刻度尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)跡間的距離，從而得出加速度，所以還須要刻度尺。(2)圖像在a軸上有截距，這是平衡摩擦力時(shí)木板的傾角過大造成的。(3)由題圖丙中圖線①可知，當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0，即細(xì)線上沒有拉力時(shí)小車就有加速度，所以圖線①是在軌道傾斜狀況下得到的，依據(jù)F＝ma得a－F圖像的斜率k＝eq\f(1,m)，由a－F圖像得圖像斜率k＝2，所以m＝0.5kg。3．如圖(a)(b)所示分別為甲、乙兩位同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的試驗(yàn)裝置示意圖，他們?cè)跉鈮|導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，由數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)可讀出遮光條通過光電門的時(shí)間。甲同學(xué)干脆用細(xì)線跨過定滑輪把滑塊和鉤碼連接起來[如圖(a)]，乙同學(xué)用細(xì)線繞過定滑輪把滑塊與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼[如圖(b)]，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他試驗(yàn)器材的狀況下，如何判定調(diào)整到位：_在不掛鉤碼時(shí)，滑塊能在隨意位置靜止不動(dòng)__。(2)試驗(yàn)時(shí)，兩同學(xué)首先將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間Δt，若要得到滑塊的加速度，還須要測(cè)量的物理量是_A位置與光電門B間的距離L__。(3)甲、乙兩位同學(xué)通過變更鉤碼的個(gè)數(shù)來變更滑塊所受的合外力，甲同學(xué)在試驗(yàn)時(shí)還須要測(cè)量記錄的物理量有_所掛鉤碼的質(zhì)量m和滑塊的質(zhì)量M__，試驗(yàn)時(shí)必需滿足的條件是_m?M__；乙同學(xué)在試驗(yàn)時(shí)須要測(cè)量記錄的物理量有_傳感器的讀數(shù)和滑塊的質(zhì)量M__。(4)乙同學(xué)在完成試驗(yàn)時(shí)，下列不必要的試驗(yàn)要求是_A__。(填選項(xiàng)前字母)A．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行[解析](1)判定調(diào)整到位的依據(jù)是在不掛鉤碼時(shí)，滑塊能在隨意位置靜止不動(dòng)。(2)兩種狀況下，滑塊在導(dǎo)軌上均做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，滑塊的初速度為零。到達(dá)光電門B的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,Δt)，依據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)公式v2＝2ax可知，只要測(cè)出A位置與光電門B間的距離L即可求得滑塊的加速度。(3)甲同學(xué)所做試驗(yàn)中滑塊(設(shè)質(zhì)量為M)和鉤碼(設(shè)質(zhì)量為m)所受的合外力大小等于鉤碼的重力mg，則有mg＝(M＋m)a，所以甲同學(xué)還須要測(cè)量所掛鉤碼的質(zhì)量m和滑塊的質(zhì)量M，在試驗(yàn)時(shí)，認(rèn)為滑塊所受合外力大小等于鉤碼的重力，為了盡量減小試驗(yàn)誤差，應(yīng)滿足條件m?M；乙同學(xué)所做試驗(yàn)中，力傳感器測(cè)出的力就是細(xì)線對(duì)滑塊的真實(shí)拉力(設(shè)為FT，可干脆讀出)，則有FT＝Ma，所以須要記錄傳感器的讀數(shù)和測(cè)量滑塊的質(zhì)量M。(4)力傳感器測(cè)出的力就是細(xì)線對(duì)滑塊的真實(shí)拉力，不存在系統(tǒng)誤差，無需滿足滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量；測(cè)量距離時(shí)，適當(dāng)增大測(cè)量距離可以減小測(cè)量誤差；試驗(yàn)時(shí)要滿足氣墊導(dǎo)軌水平且細(xì)線與導(dǎo)軌平行。故選A。4．(2024·重慶沙坪壩重慶八中校考二模)如圖甲所示，某學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌、位移傳感器和滑塊等器材做驗(yàn)證牛頓其次定律的試驗(yàn)。首先將位移傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端，把氣墊導(dǎo)軌右端墊起確定高度，測(cè)量氣墊導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L和右端墊起的高度H；將質(zhì)量為M的滑塊從氣墊導(dǎo)軌頂端由靜止釋放，傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到滑塊的位移與時(shí)間的比值eq\f(x,t)隨時(shí)間t變更的圖像。(1)某次試驗(yàn)得到的eq\f(x,t)－t圖線如圖乙所示，從圖線可得滑塊下滑的加速度大小a＝_2.0__m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(2)通過變更_高度H__，可驗(yàn)證當(dāng)滑塊質(zhì)量確定時(shí)，加速度與力成正比。(3)換用質(zhì)量M不同的滑塊，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌右端墊起的高度H，保持_MH__(用M、H表示)不變時(shí)，可驗(yàn)證力確定時(shí)，加速度與滑塊的質(zhì)量成反比。[解析](1)滑塊由靜止勻加速下滑，有x＝eq\f(1,2)at2可得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at則滑塊下滑的加速度大小a＝2.0m/s2。(2)當(dāng)滑塊質(zhì)量確定時(shí)，可以通過變更氣墊導(dǎo)軌右端墊起的高度H，來變更滑塊沿導(dǎo)軌方向的重力的重量，即合力的大小，探究加速度與力的關(guān)系。(3)由于滑塊下滑加速的力是由重力沿導(dǎo)軌向下的分力供應(yīng)，所以要保證重力沿導(dǎo)軌向下的分力不變，應(yīng)當(dāng)使Mgeq\f(H,L)不變，所以應(yīng)當(dāng)調(diào)整滑塊的質(zhì)量及導(dǎo)軌右端墊起的高度，保持MH不變。5.如圖(a)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的試驗(yàn)。所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50Hz的溝通電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：(1)鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。(2)某次試驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°。接通電源，開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止起先沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示，圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。重力加速度為9.80m/s2?？梢杂?jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_0.35__(結(jié)果保留2位小數(shù))。[解析](1)對(duì)鐵