高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)9-實(shí)驗(yàn)：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系考點(diǎn)9[題組一基礎(chǔ)與經(jīng)典題]1．利用如圖1所示裝置進(jìn)行“探究合力一定時(shí)物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是________。A．控制變量法

B．轉(zhuǎn)換法C．理想實(shí)驗(yàn)法

D．等效替代法A其中，在第3次實(shí)驗(yàn)中，忘記了記錄加速度X的數(shù)值，該次實(shí)驗(yàn)的部分紙帶如圖2所示，O、A、B、C、D、E、F為7個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)實(shí)際打點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz，測得A、B、C、D、E、F與O點(diǎn)間距分別為0.50cm、1.27cm、2.34cm、3.67cm、5.30cm、7.20cm?？捎?jì)算加速度的數(shù)值X＝________。0.28

(3)在如圖3所示坐標(biāo)紙上，根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)，并作出圖線，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：_________________________________________________________

_____________________________________________________。答案圖見解析在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，當(dāng)物體所受合力一定時(shí)，物體的加速度與物體質(zhì)量倒數(shù)成正比(或物體的加速度與物體質(zhì)量成反比)

解析(1)本實(shí)驗(yàn)在小車受力一定的情況下，探究小車的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系，這樣的物理方法稱為控制變量法，故選A。(2)由題知，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔Δt＝0.1s，O、C兩點(diǎn)間距x1＝2.34cm，C、F兩點(diǎn)間距x2＝7.20cm－2.34cm＝4.86cm，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律Δx＝aT2有：x2－x1＝a·(3Δt)2，故加速度a的數(shù)值X＝0.28。解析(3)所作圖線如下。由圖線可知，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，當(dāng)物體所受合力一定時(shí)，物體的加速度與物體質(zhì)量倒數(shù)成正比(或物體的加速度與物體質(zhì)量成反比)。解析2．實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們在做“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，讓重物(砝碼和托盤)通過細(xì)繩拖動(dòng)小車在長木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。(1)為了減小誤差，實(shí)驗(yàn)前需要做好以下兩項(xiàng)準(zhǔn)備：①調(diào)整墊片的位置，使小車在不受拉力作用時(shí)能拖動(dòng)紙帶在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣做是為了消除阻力的影響，使小車所受合力F等于__________________；細(xì)繩對小車的拉力

②挑選合適的重物(砝碼和托盤)，使小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于重物(砝碼和托盤)質(zhì)量m。這樣做是為了使小車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，小車所受拉力近似等于________________________。(2)實(shí)驗(yàn)過程中，下列操作正確且必要的是________。A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板保持平行B．先放開小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C．改變小車質(zhì)量時(shí)，重新調(diào)節(jié)墊片的位置重物的重力mg

A(3)正確操作后，甲同學(xué)挑選出的一條紙帶如圖乙所示，圖中A、B、C、D、E是按打點(diǎn)先后順序依次選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔均為0.10s?，F(xiàn)測出AB＝2.20cm，AC＝6.40cm，AD＝12.58cm，AE＝20.80cm，則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)0.52

(4)甲、乙兩同學(xué)各自保持小車質(zhì)量M不變，改變重物質(zhì)量m，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們根據(jù)各自測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了如圖丙所示的加速度與物體所受合力關(guān)系的a-F圖像，但他們得到了兩條不同的圖線，其原因是他們選取的_________不同；他們可以得到的相同結(jié)論是：______________________

_____________。小車質(zhì)量

當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合力成正比

解析解析3．在“探究加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中上下兩層前端均固定有光滑滑輪，兩相同小車前端各系一條細(xì)線，細(xì)線跨過定滑輪并掛上一個(gè)砝碼盤，盤中可放砝碼，小車Ⅱ所掛砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量是小車Ⅰ所掛砝碼和砝碼盤總質(zhì)量的兩倍。將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力，兩小車尾部各系一條細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過控制裝置使兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，按下裝置兩小車同時(shí)立即停止。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)小車Ⅰ的位移為s1，小車Ⅱ的位移為s2。(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列說法正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)之前將軌道傾斜來補(bǔ)償阻力，補(bǔ)償阻力時(shí)需要掛上砝碼盤和砝碼B．實(shí)驗(yàn)之前將軌道傾斜來補(bǔ)償阻力，補(bǔ)償阻力時(shí)不需要掛上砝碼盤和砝碼C．砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量D．砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)若實(shí)驗(yàn)測得小車Ⅱ位移近似是小車Ⅰ位移的兩倍，則可得實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與所受到的合力成________(填“正比”或“反比”)。BD

正比

(3)由于實(shí)驗(yàn)中將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力的大小，因此s1和s2的實(shí)際大小關(guān)系是________。A．2s1＞s2

B．2s1＝s2

C．2s1＜s2A

解析解析[題組二高考真題]4．(2021·湖南高考)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖a所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)用游標(biāo)卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖b所示，h＝________cm；(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平；(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊，改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度；(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個(gè)數(shù)n和滑塊對應(yīng)的加速度a；(5)在右支點(diǎn)下增加墊塊個(gè)數(shù)(墊塊完全相同)，重復(fù)步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：1.02

n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖c上描點(diǎn)，繪制圖線。答案圖見解析如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的,其應(yīng)該是_____________________m/s2(保留三位有效數(shù)字)。0.343(0.340～0.346均可)

解析由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為________m/s2，小銅塊與瓷磚表面間的動(dòng)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9.80m/s2)0.430.32

解析6．(2020·浙江7月選考節(jié)選)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲是教材中的實(shí)驗(yàn)方案；圖乙是拓展方案，其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；(ⅲ)改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a-F的關(guān)系。①實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；0.19

②需要滿足條件M?m的方案是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a-F圖象時(shí)，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。甲甲和乙解析在圖乙的實(shí)驗(yàn)方案中，掛上托盤和砝碼，小車勻速下滑，設(shè)木板的傾角為θ，木板和紙帶對小車的阻力總和為f，則有Mgsinθ＝f＋mg；取下托盤和砝碼，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得：Mgsinθ－f＝Ma，即mg＝Ma，故乙不需要滿足M

?m。由以上分析可知，在作a-F圖象時(shí)，甲和乙均把mg作為F值。解析7．(2020·山東高考)2020年5月，我國進(jìn)行了珠穆朗瑪峰的高度測量，其中一種方法是通過使用重力儀測量重力加速度，進(jìn)而間接測量海拔高度。某同學(xué)受此啟發(fā)就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮?。?shí)驗(yàn)步驟如下：回答以下問題：(1)當(dāng)木板的傾角為37°時(shí)，所繪圖像如圖乙所示。由圖像可得，物塊過測量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小為________________m/s；選取圖線上位于坐標(biāo)紙網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的A、B兩點(diǎn)，利用A、B兩點(diǎn)數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為________m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)0.32(或0.33)

3.1

(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮開_______m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80)9.4

解析[題組三模擬題]8．(2022·遼寧省名校聯(lián)盟高三上9月聯(lián)合考試)為了測量滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，A為帶滑輪的滑塊，B為盛有砂的砂桶。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要進(jìn)行的操作是________。A．用天平測量出砂和砂桶的質(zhì)量B．調(diào)整滑輪的位置，使繩與桌面平行C．要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量D．滑塊靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車BD

(2)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的交流電源頻率為50Hz，根據(jù)紙帶可以求出