2020屆高考物理總復習 作業(yè)15 實驗四 探究加速度與力、質(zhì)量的關系（含解析）

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1、 作業(yè)15　實驗四　探究加速度與力、質(zhì)量的關系 6 一、選擇題 1．關于“驗證牛頓第二定律”實驗中驗證“作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比”的實驗過程，以下做法中正確的是(　　) A．平衡摩擦力時，應將裝砂的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，再接通電源 D．可以利用天平測出砂桶和砂的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M，直接用公式a＝求出加速度 解析：平衡摩擦力時，使小車的重力沿斜面向下的分力與小車運動所受摩擦力平衡，所以不能將小桶系在小車上，A錯誤；平衡摩擦力后，小車和板間的動摩擦因數(shù)μ＝tan α，與小車的質(zhì)量無關，

2、所以改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力，B正確；實驗時，應先接通電源，待打點穩(wěn)定后，再放開小車，C錯誤；本實驗是探究作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比，不能直接用公式a＝求加速度，D錯誤． 答案：B 二、非選擇題 2．(2019年汕頭質(zhì)檢)如圖15－1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖． (1)平衡小車所受阻力的操作：取下________，把木板不帶滑輪的一端墊高；接通電火花計時器電源，輕推小車，讓小車拖著紙帶運動．如果打出的紙帶如圖15－2所示，則應________(選填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點跡________為止． 圖15－1

3、 圖15－2 圖15－3 (2)圖15－3為研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量的關系”時所得的實驗圖象，橫坐標m為小車上砝碼的質(zhì)量．設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓第二定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質(zhì)量為________． 解析：(1)平衡小車所受阻力時，需要將砝碼取下；題圖紙帶反映了小車在做加速運動，即墊木墊高了，應減小木板的傾角，直到紙帶打出的點跡均勻為止． (2)當小車上的砝碼為零時，小車加速度為a0＝，設小車的質(zhì)量為M，則小車受到的拉力為F＝Ma0＝；圖中直線的函數(shù)關系式為＝km＋b，根據(jù)牛頓第二定律F＝(m＋M)a，可解得

4、：M＝，F(xiàn)＝. 答案：(1)砝碼　減小　間隔相等(均勻)　(2)　 3．如圖15－4所示，為某同學安裝的“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置，在小車的前端固定一個傳感器，和砂桶連接的細線接在傳感器上，通過傳感器可顯示出細線的拉力．在圖示狀態(tài)下開始做實驗． 圖15－4 (1)從圖上可以看出，該同學在裝置和操作中的主要錯誤是____________________________． (2)若砂和砂桶的質(zhì)量為m，小車和傳感器的總重量為M，做好此實驗________(填“需要”或“不需要”)M?m的條件． 解析：不加傳感器時將砂和砂桶的重力作為細線的拉力，而接了傳感器后細線的拉力可以直接讀出

5、． 答案：(1)未平衡摩擦力；細線與木板不平行；開始實驗時，小車離打點計時器太遠　(2)不需要 4．(2019年云南十一校調(diào)研)如圖15－5甲所示，力傳感器A與計算機相連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在水平桌面上，測力端通過輕質(zhì)細繩與一滑塊相連，調(diào)節(jié)傳感器高度使細繩水平，滑塊放在較長的小車上，滑塊的質(zhì)量m＝1.5 kg，小車的質(zhì)量為M＝1.65 kg.一根輕質(zhì)細繩跨過光滑的輕質(zhì)滑輪，其一端連接小車，另一端系一只空砂桶，調(diào)節(jié)滑輪使桌面上部細繩水平，整個裝置處于靜止狀態(tài)．現(xiàn)打開傳感器，同時緩慢向砂桶里倒入砂，當小車剛好開始運動時，立即停止倒砂．若力傳感器采集的F－t圖象如圖15－

6、5乙所示，重力加速度取g＝10 m/s2，則： 圖15－5 (1)滑塊與小車間的動摩擦因數(shù)μ＝________；若忽略小車與水平桌面間的摩擦，小車穩(wěn)定運動時加速度大小a＝________m/s2. (2)若實驗中傳感器測力端與滑塊間的細繩不水平，左端略低一些，由此而引起的動摩擦因數(shù)μ的測量結果________(填“偏大”或“偏小”)． 解析：(1)根據(jù)題圖乙所示的圖象可知，滑塊所受的滑動摩擦力為Ff＝3.0 N，滑塊與小車之間的正壓力FN＝mg＝1.5×10 N＝15 N．由Ff＝μFN，解得μ＝0.2.根據(jù)題圖乙可知小車所受拉力等于砂桶和砂的重力m′g＝3.5 N，砂桶和砂的質(zhì)量

7、m′＝0.35 kg.若忽略小車與水平桌面間的摩擦，對小車和砂桶、砂整體，由牛頓第二定律得m′g－Ff＝(m′＋M)a，解得小車穩(wěn)定運動時加速度大小a＝0.25 m/s2.(2)若實驗中傳感器測力端與滑塊間的細繩不水平，左端略低一些，滑塊與小車之間的正壓力FN大于重力mg，由此而引起的動摩擦因數(shù)μ的測量結果偏大． 答案：(1)0.2　0.25　(2)偏大 5．(2019年唐山模擬)用圖15－6(a)所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律： (1)某同學通過實驗得到如下圖15－6(b)所示的a－F圖象，造成這一結果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角________(填“偏大”或“偏小”

8、)． 圖15－6 (2)該同學在平衡摩擦力后進行實驗，實際小車在運動過程中所受的拉力________砝碼和盤的總重力(填“大于”“小于”或“等于”)，為了便于探究、減小誤差，應使小車質(zhì)量M與砝碼和盤的總質(zhì)量m滿足________的條件． (3)某同學得到如圖15－7所示的紙帶．已知打點計時器電源頻率為50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點．Δx＝xDG－xAD＝________cm.由此可算出小車的加速度a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)． 圖15－7 解析：(1)根據(jù)所給的題a－F圖象可知，當F＝0時，小車已經(jīng)有了加速度a0，所以肯定是在平

9、衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角偏大造成的． (2)根據(jù)牛頓定律，對小車F＝Ma，對砝碼和盤mg－F＝ma，解得F＝＜mg，只有當M?m時，小車受到的拉力才近似等于mg，從而減少誤差． (3)由題圖讀出xAD＝2.10 cm，xDG＝3.90 cm，所以Δx＝xDG－xAD＝1.80 cm，根據(jù)Δx＝aΔt2，解得a＝5.0 m/s2. 答案：(1)偏大　(2)小于　M?m　(3)1.80　5.0 6．(2019年江西八校聯(lián)考)為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關系，一同學設計了如圖15－8所示的實驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量．(滑輪質(zhì)量不計) 圖15－8

10、 (1)實驗時，一定要進行的操作是________． A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量 B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力 C．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù) D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 E．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M (2)該同學在實驗中得到如圖15－9所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)． 圖15－9 圖15－10 (3)以彈簧測

11、力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的a－F圖象是一條直線，圖線與橫坐標的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為________． A．2tanθ B. C．k D. 解析：(1)由題實驗原理圖可以看出，由彈簧測力計的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M，A、E錯；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B對；小車應靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，同時讀出彈簧測力計的示數(shù)，C對；為了多測幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實驗，D對． (2)由逐差法可得：小車的加速度 a＝， 將T＝×

12、3 s＝0.06 s代入可得a＝1.3 m/s2. (3)由題圖結合牛頓第二定律，有2F＝Ma，得a＝F 則圖象斜率k＝，得小車的質(zhì)量M＝，故A、B、C錯，D對． 答案：(1)BCD　(2)1.3　(3)D 7. 圖15－11 某同學設計了如圖15－11所示的裝置來探究加速度與力的關系．彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接．在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大小，再將木板放回

13、原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t. (1)木塊的加速度可以用d、t表示為a＝________；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是________(一種即可)． (2)改變瓶中水的質(zhì)量重復實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關系．下列圖象能表示該同學實驗結果的是________。 (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是________。 A．可以改變滑動摩擦力的大小 B．可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù) C．可以比較精確地測出摩擦力的大小 D．可以獲得更大的加速度以提高實驗精度

14、 解析：(1)木板在繩子拉力的作用下做初速度為零的勻加速直線運動，由d＝at2可知：a＝.為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是保持F1不變，重復實驗多次測量d、t取平均值． (2)該實驗原理與教材實驗原理類似，同樣需要滿足木板的質(zhì)量M遠大于礦泉水瓶的質(zhì)量m，此時可認為繩上的拉力FT近似等于彈簧秤示數(shù)F1.本實驗中沒有平衡摩擦力，但通過題意可知木板受到的摩擦力為F0，木板受到的合外力為(F1－F0)．圖象反映的是a與F1的關系，而不是a與(F1－F0)的關系，所以圖象不過原點．當F1增大時，即礦泉水瓶的質(zhì)量m增大時，實驗的前提條件不再滿足，此時a越大，繩上的拉力FT就越小于彈簧秤示數(shù)F

15、1，加速度增加得就越慢，圖線向下彎曲，C正確． (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)和比較精確地測出摩擦力的大小，B、C說法是正確的，兩種實驗方法都不能改變滑動摩擦力的大小，A錯誤；通過(2)中分析可以知道當加速度增大時，實驗條件便不再滿足，此時實驗誤差變大，D說法錯誤． 答案：(1)　保持F1不變，重復實驗多次測量，求平均值　(2)C　(3)BC 8．某實驗小組利用圖15－12所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關系． 圖15－12 (1)下列做法正確的是________(填字母代號)． A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與

16、長木板保持平行 B．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上 C．實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源 D．通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度 (2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量________木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量．(填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”) (3)甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖15－13中甲、乙兩條直線．設甲、乙

17、用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為 μ甲、μ乙，由圖可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙．(填“大于”“小于”或“等于”) 圖15－13 解析：(1)A選項正確，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行可以保證車沿運動方向受到的力即繩子對車的拉力；B選項錯誤，在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，不應懸掛重物；C選項錯誤，實驗開始時先接通打點計時器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當實驗結束時應先控制木塊停下再停止打點計時器；D選項正確，平衡摩擦之后，Mgsinθ＝μMgcosθ成立，改變木塊上的砝碼相當于改變小車和砝碼總質(zhì)量M，上式依然成立．(2)按照教材上的實驗原理以砝碼桶及砝碼作為小木塊的外力，則有F＝mg(m為砝碼桶及砝碼總質(zhì)量)，而實際實驗過程中砝碼桶及砝碼也與小木塊一起做勻加速運動，即對砝碼桶及砝碼有mg－F′＝ma，對小木塊有F′＝Ma.綜上有：F′＝mg，只有當m?M時，才能有效的保證F′更接近mg，減小實驗誤差，提高實驗的準確性．(3)當沒有平衡摩擦力時有：F－μMg＝Ma，故a＝F－μg，即圖線斜率為，縱軸截距的大小為μg.由圖線可知m甲小于m乙，μ甲大于μ乙． 答案：(1)AD　(2)遠小于　(3)小于　大于 7