【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇探究加速度与力质量的关系（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇探究加速度与力质量的关系（解析版）

探究加速度与力、质量的关系 ‎1、用如图所示的装置探究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下:‎ A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量,使小车的质量远大于小桶及所装砂子的质量;‎ B.按图装好实验器材;‎ C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂和小桶;‎ D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;‎ E.保持小桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验;‎ F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;‎ G.作关系图像,并由图像确定a与M之间的关系。‎ ‎(1)该同学漏掉的重要实验步骤是___________,该步骤应排在___________步骤之后。‎ ‎(2)在上述步骤中,有错误的是___________,应把___________改为___________。‎ ‎(3)在上述步骤中,处理不恰当的是___________,应把___________改为___________。‎ ‎2、如图所示为探究“拉力恒定时，加速度与质量之间关系”的实验装置，实验时忽略小车所受导轨对它的摩擦力，在倾斜导轨的B处有一时间传感器，能记录小车从倾斜导轨A处下滑到B处的时间。‎ 实验步骤如下：‎ ‎(1)安装好实验器材，用刻度尺测出A、B之间的距离s；‎ ‎(2)将小车置于A处，用弹簧秤沿导轨向上拉着小车并保持静止，读出此时的拉力F；‎ ‎(3)去掉弹簧秤，让小车自A处静止释放，传感器开始计时，小车通过B后，记下时间传感器测得小车从A运动到B的时间t；‎ ‎(4)再将小车置于A处，往小车中增加钩码，设所加钩码的总质量为。为保持小车与钩码的合外力F不变，可采用如下方法：用弹簧秤沿导轨向上拉着小车静止，调节导轨倾角的旋钮使导轨与水平面之间的夹角适当变小，直到弹簧秤的读数显示F为止。然后重复步骤(3)；‎ ‎(5)多次往小车中增加钩码，然后重复步骤(4)；‎ ‎(6)利用实验中所测得的数据在坐标纸上建立坐标系，以m为横坐标，以 为纵坐标，描点之后作出一条直线便于研究。测得直线的斜率为k，纵截距为b，则小车所受的合外力为 ，小车的质量为_________。‎ ‎3、用如图甲所示的装置验证“在质量一定时,物体的加速度与力成正比”。先测出遮光条宽度d和光电门中心间距,然后释放砂桶,拉力传感器能测出细线的拉力F,两个光电门能测出遮光条通过时的遮光时间。‎ ‎1.测遮光条宽度d时示数如图乙所示,则___________mm.‎ ‎2.用测量量表示滑块的加速度大小__________。‎ ‎3.第一小组的同学们平衡好摩擦力后开始实验,并改变砂和砂桶的总质量得到多组加速度a与拉力F的数据,绘制图象进行验证。本实验___________要求砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量(填“不必”或“必须”)。‎ ‎4.第二小组的同学们只是把长木板放置于水平桌面上,未平衡摩擦力便进行实验,得到多组a和F的数据,绘制的图象如图丙,由图丙可知,该组同学所用滑块(含遮光条)的质量为__________kg,滑块与长木板间的动摩擦因数为____________。(取)‎ ‎4、某同学设计了如图甲、乙所示的实验装置来探究加速度与物体质量、物体受力的关系。‎ ‎(1)________(填“甲”或“乙”)实验装置比较好,原因是______________________________。‎ ‎(2)该同学选择比较理想的实验装置后,在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图丙所示,计时器打点的时间间隔为0.02s。从比较清晰的点选起。每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离,该小车的加速度__________(结果保留两位有效数字)。‎ ‎(3)在实验误差允许范围内,当小车的质量不变时,小车的加速度与小车的合外力满足图中________图的关系。‎ ‎5、某同学设计了一个探究小车的加速度a与所受合力F及质量m关系的实验,如图甲所示为实验装置简图。(交流电的频率为50Hz)‎ ‎(1)如图乙所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为_________;‎ ‎(2)保持小盘及盘中砝码的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车的加速度a与小车质量m及对应的的数据如下表:‎ ‎1.90‎ ‎1.72‎ ‎1.49‎ ‎1.25‎ ‎1.00‎ ‎0.75‎ ‎0.50‎ ‎0.30‎ ‎0.25‎ ‎0.29‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.71‎ ‎1.00‎ ‎1.67‎ ‎4.00‎ ‎3.45‎ ‎3.03‎ ‎2.50‎ ‎2.00‎ ‎1.41‎ ‎1.00‎ ‎0.60‎ 请在如图丙所示的坐标纸中画出的图像,并由图像求出小车的加速度与质量的倒数之间的关系式是_____________。‎ ‎6、为了验证牛顿第二定律中加速度与力的关系,小光同学设计了如图甲所示的实验。‎ 水平桌面放置带有加速度传感器的总质量为M的小车,车的两端由轻质细线绕过桌面两端滑轮并在两端各悬挂总质量为m的多个钩码。‎ 实验中,小光每次由左侧取下质量为的钩码并挂至右侧悬线下方,将小车由静止释放,利用传感器测量小车的加速度并逐次记录移动的砝码质量和相应的加速度值,根据多次实验得出的数据,小光同学作出如图乙所示的图像。‎ ‎(1)根据上述设计,以下说法正确的是( )‎ A.由于系统存在摩擦,实验中必须先平衡摩擦力,才能继续进行实验 B.本实验中虽存在摩擦力影响,但不需要平衡摩擦力 C.本实验中必须要求小车质量 D.本实验中无须要求小车质量 ‎(2)利用实验中作出图线,可以分析出系统摩擦力大小为___________,加速度a与移动的砝码质量间存在的关系为____________。‎ ‎7、按要求回答下列小题。‎ ‎(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示,乙同学画出的图像如图乙中的直线Ⅱ所示。直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大,明显超出了误差范围,下面关于形成这种状况原因的解释正确的是( )‎ A.实验前甲同学没有平衡摩擦力 B.甲同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了 C.实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了 ‎(2)图丙为另一位同学使用的实验装置示意图,下列说法中正确的是( )‎ A.滑轮和小车间的细线应和长木板保持平行 B.将打点计时器接在6V电压的蓄电池上,先接通电源,后放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量 C.在探究a与质量M的关系时,作出图像能更直观地判断二者间的关系 D.细线对小车的拉力,一定等于砂和砂桶的总重力 ‎(3)图丙中砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是( )‎ A.‎ B.‎ C.‎ D.‎ ‎(4)如图是实验中得到的一条纸带,为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,量出相邻的计数点之间的距离分别为:、、、、、。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度__________。(结果保留两位有效数字)‎ ‎8、某实验小组在“探究加速度与物体所受合力的关系”实验中,设计出如下实验方案,实验装置如图所示。已知小车(含遮光条)质量为M,砝码盘质量为,长木板上固定两个光电门,其实验步骤为:‎ A.按图所示安装好实验装置 B.挂上细绳和砝码盘(含砝码),调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动 C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m D.将小车置于长木板上由静止释放,让小车在木板上运动,并先后经过两个光电门 E.重新挂上细绳和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量,重复步骤,求得小车在不同合外力F作用下的加速度 回答下列问题:‎ ‎(1)按上述方案做实验,是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?________(填“是”或“否”)。‎ ‎(2)若遮光条宽度为d,经过光电门时遮光时间分别为,光电门中心之间的距离为L,砝码盘中砝码的质量为m,重力加速度为g,则小车的加速度大小为___________,小车受到的合外力大小为______________(用题目给定的物理量符号表示)。‎ ‎(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中,他根据表中的数据画出图像(如图所示)。造成图线不过坐标原点的最主要原因是:____________________________________。‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：(1)平衡摩擦力;B (2)D;6V电压的畜电池;6V以下交流电压的学生电源 ‎(3)G;;‎ 解析：(1)实验中把小桶及其中砂子的重力的大小看成与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力。‎ ‎(2)电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在6V以下交流电压的学生电源上。‎ ‎(3)作关系图像,得到的是曲线,很难作出正确的判断,必须“化曲为直”,改作关系图像。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：‎ 解析：由匀加速直线运动位移公式可得小车的加速度为，由牛顿第二定律得，即，则应以m为横坐标，以为纵坐标，描点连线进行研究，则直线的斜率、纵截距，联立解得小车所受的合外力、小车的质量。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：1.3.448 2. 3.不必 4.0.4;0.1‎ 解析：1.由螺旋测微器的读数规则可知,读数为。‎ ‎2.由于遮光条经过光电门时的挡光时间极短,可认为滑块经过两光电门的速度分别为、,又,解得。‎ ‎3.由题意可知,细线对滑块的拉力可由拉力传感器测出,因此不需要砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量。‎ ‎4.由牛顿第二定律可知,又,整理得,结合图丙可知,解得,代入点可得。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：(1)甲;甲实验装置通过拉力传感器能够准确得到小车受到的拉力大小,不需像乙实验装置那样要使小车的总质量远远大于钩码的质量才能近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力 ‎(2)0.16 (3)A 解析：(2)每5个点取一个记数点,所以每两个计数点间的时间间隔,利用逐差法。‎ ‎(3)在实验误差允许范围内,当小车的质量不变时,小车的加速度与小车的合外力成正比,故选A。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：(1)3.2 (2)图见解析;‎ 解析：(1)用逐差法计算加速度。由纸带上的数据可知,,,。电火花计时器的打点周期为,故加速度。‎ ‎(2)根据题目提供的小车加速度a与质量m对应的倒数的有关数据,可在坐标系中描出8个对应点,用一条直线“连接”各点,使尽量多的点落在直线上,不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧,得到的图线如图所示,由图可得。‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：(1)BD (2);‎ 解析：(1)由左侧取下质量为的钩码并挂至右侧悬线下方时,由牛顿第二定律有,解得,因为摩擦力不变,由此知图像是一条倾斜的直线,即可验证当质量不变时,加速度与合外力成正比,摩擦力的大小只影响图线与坐标轴的截距的大小,不影响实验结果,故不需要平衡摩擦力,故A错误,B正确;在整个过程中组成的系统总质量保持不变,所以不需要满足,故D正确,C错误。‎ ‎(2)根据图像可得。所以上式可化为。‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：(1)BC (2)AC (3)C (4)0.42‎ 解析：(1)图线Ⅰ表明:在小车不受拉力时,小车的加速度不为零,说明合外力不为零,是由于平衡摩擦力过度,即把长木板不带滑轮的一端垫得过高了,故A错误,B正确;图线Ⅱ说明:在拉力不为零时,物体的加速度为零,说明合外力为零,是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,也就是没有将长木板不带滑轮的一端垫高或垫高不够,故C正确,D错误。‎ ‎(2)滑轮和小车间的细线应和长木板保持平行,从而保证小车所受的合力等于细线的拉力,故A正确;打点计时器使用交流电,而蓄电池提供的是直流电,故B错误;在探究a与质量M的关系时,作出图像,因为是线性关系,能更直观地判断二者间的关系,故C正确;只有当砂和砂桶的总质量远小于小车和砝码的总质量时,才可认为细线对小车的拉力等于砂和砂桶的总重力,故D错误。‎ ‎(3)实验中应使m远小于M,故选C。‎ ‎(4)相邻的两个计数点之间还有四个点末画出,则相邻的两个两个计数点之间的时间间隔为,由逐差法可得:。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：(1)否 (2);‎ ‎(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力 解析：(1)当小车匀速下滑时,有;当取下细绳和砝码盘后,由于重力沿木板向下的分力和摩擦力f不变,因此其合外力大小为,由此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。‎ ‎(2)小车经过两个光电门的速度分别为,,‎ 则小车的加速度大小为;‎ 小车受到的合外力大小为。‎ ‎(3)造成图线不过坐标原点的最主要原因是在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力。‎ ‎ ‎