2024版新教材高考物理復(fù)習(xí)特訓(xùn)卷考點(diǎn)20實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

考點(diǎn)20實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．[2023·浙江桐鄉(xiāng)二模]在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．(1)(多選)對(duì)小車進(jìn)行“平衡摩擦力”操作時(shí)，下列必須進(jìn)行的是____________(填字母序號(hào)).A．取下槽碼B．沒(méi)有牽引時(shí)，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．小車拖著穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)斷開(kāi)D．把長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度(2)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)出小車的質(zhì)量為M，槽碼的總質(zhì)量為m，若要將槽碼的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)(多選)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說(shuō)法正確的是________．A．求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，可用天平測(cè)出小車質(zhì)量M，槽碼的質(zhì)量m，以及直接用公式a＝g求出B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開(kāi)小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2．[2022·山東卷]在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)．受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示．主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊．彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)，A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示．回答以下問(wèn)題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)：(1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m.(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫(huà)出a-F圖像如圖丙中Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為_(kāi)_______kg.(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫(huà)出新的a-F圖像Ⅱ，則待測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_______kg.3．[2022·浙江6月，節(jié)選](1)“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，長(zhǎng)木板水平放置，細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行．圖2是打出紙帶的一部分，以計(jì)數(shù)點(diǎn)O為位移測(cè)量起點(diǎn)和計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車位移大小為_(kāi)_______cm.由圖3中小車運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，求得加速度為_(kāi)_______m/s2(保留兩位有效數(shù)字).(2)利用圖1裝置進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，需調(diào)整的是________(多選).A．換成質(zhì)量更小的車B．調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜程度C．把鉤碼更換成砝碼盤(pán)和砝碼D．改變連接小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板的夾角4．[2023·廣東佛山一模]某同學(xué)利用圖示裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊前端固定一力傳感器，細(xì)線連接力傳感器繞過(guò)滑輪與鉤碼相連，實(shí)驗(yàn)時(shí)改變鉤碼的個(gè)數(shù)，通過(guò)力傳感器測(cè)出繩子拉力F，每次實(shí)驗(yàn)滑塊都從同一位置由靜止釋放，釋放時(shí)遮光條到光電門(mén)的距離為L(zhǎng).(1)該實(shí)驗(yàn)________(填“需要”或“不需要”)滿足滑塊連同傳感器和遮光條的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量．(2)若測(cè)得遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)遮光時(shí)間為Δt，滑塊的加速度大小為_(kāi)_______(用d、和L表示).(3)該同學(xué)未進(jìn)行導(dǎo)軌水平調(diào)節(jié)就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他步驟操作正確，則該同學(xué)作出的滑塊加速度a與拉力F的圖像可能是________(填圖像下方的字母).5．[2023·湖南岳陽(yáng)一模]下圖是探究加速度與力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置．提供器材如下：帶有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電門(mén)2個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶擋光片的滑塊(其上可放砝碼)，砝碼盤(pán)(質(zhì)量5g)、質(zhì)量5g的砝碼5個(gè)．實(shí)驗(yàn)步驟：固定光電門(mén)，測(cè)出兩光電門(mén)間的距離；調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，將滑塊用細(xì)線跨過(guò)輕質(zhì)滑輪與砝碼盤(pán)相連；將5個(gè)砝碼放到滑塊上，釋放滑塊，測(cè)出其經(jīng)過(guò)光電門(mén)1和2的擋光時(shí)間；取滑塊上一個(gè)砝碼放入砝碼盤(pán)，釋放滑塊，測(cè)出擋光時(shí)間；再次取滑塊上一個(gè)砝碼，依次重復(fù)上述操作，直至將5個(gè)砝碼全部轉(zhuǎn)移到砝碼盤(pán)．描點(diǎn)作圖分析加速度與力的關(guān)系．(1)圖甲、乙分別為甲、乙同學(xué)用各自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的a-F圖像．甲乙上述圖像中只有________(填“圖甲”或“圖乙”)能正確反映加速度和力的關(guān)系．錯(cuò)誤圖像形成的原因可能是________．A．滑塊釋放時(shí)具有一定的初速度B．繪制a-F圖像時(shí)，將砝碼盤(pán)中的砝碼重力作為合力FC．滑塊上固定的擋光片發(fā)生傾斜(2)依據(jù)上述正確圖像計(jì)算出滑塊的質(zhì)量為_(kāi)_______g(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).6．[2023·山東青島二模]用如圖所示的裝置探究加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系，帶滑輪的長(zhǎng)木板水平放置，彈簧測(cè)力計(jì)固定在墻上．小車上固定一定滑輪，細(xì)繩通過(guò)滑輪連接彈簧測(cè)力計(jì)和砂桶．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要滿足的條件或必要的操作是________．A．平衡摩擦力B．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂桶和砂的質(zhì)量(2)在實(shí)驗(yàn)中，有同學(xué)得到一條打點(diǎn)的紙帶，取打點(diǎn)清晰部分做如下標(biāo)記，如圖甲所示，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz，則小車加速度的大小為a＝________m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).甲乙在驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，在滿足實(shí)驗(yàn)要求的情況下，改變小車上砝碼質(zhì)量m，測(cè)出對(duì)應(yīng)的加速度a，以m為橫坐標(biāo)，以eq\f(1,a)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出如圖乙所示的圖像．已知彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，圖中縱軸的截距為b，則小車的質(zhì)量為_(kāi)_______．考點(diǎn)20實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．答案：(1)ABD(2)槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(3)BD解析：(1)平衡摩擦力時(shí)使小車所受重力沿木板方向分力與小車所受摩擦力平衡，故A、B、D項(xiàng)正確；為確定小車是否為勻速運(yùn)動(dòng)，需要通過(guò)紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來(lái)判斷，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．(2)根據(jù)牛頓第二定律得mg＝(M＋m)a，解得a＝eq\f(mg,M＋m)，則繩子的拉力F＝Ma＝eq\f(Mmg,M＋m)＝eq\f(mg,1＋\f(m,M))，可知當(dāng)槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力大小等于槽碼的總重力，所以應(yīng)滿足的條件是槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．(3)本實(shí)驗(yàn)是“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”，所以不能把牛頓第二定律當(dāng)成已知的公式來(lái)使用，故A錯(cuò)誤；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶，故B正確；平衡摩擦力后有μ＝tanθ，與小車質(zhì)量無(wú)關(guān)，雖然小車質(zhì)量改變時(shí)，但總是滿足mgsinθ＝μmgcosθ，所以不用再次平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，故D正確．2．答案：(1)12(2)0.20(3)0.13解析：(1)初始時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為5.00cm，結(jié)合圖乙可讀出彈簧彈力為0.610N，由F＝kx可得彈簧的勁度系數(shù)k＝12N/m.(2)根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，結(jié)合圖丙可得a-F圖線斜率的倒數(shù)表示滑塊與加速度傳感器的質(zhì)量，代入數(shù)據(jù)得m＝0.20kg.(3)同理圖像斜率的倒數(shù)eq\f(1,k)＝m＋m測(cè)，得m測(cè)＝0.13kg.3．答案：(1)6.20±0.051.9±0.2(2)BC解析：(1)由刻度尺的讀數(shù)規(guī)則可知，打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車的位移大小為x2＝6.20cm；連接圖3中的點(diǎn)，由斜率可知加速度a＝1.9m/s2；(2)利用圖1裝置進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)使連接小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行，D錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將鉤碼更換成砝碼盤(pán)和砝碼，應(yīng)保證小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼以及砝碼盤(pán)的總質(zhì)量，因此不能換成質(zhì)量更小的小車，A錯(cuò)誤，C正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將長(zhǎng)木板的右端適當(dāng)墊高以平衡摩擦力，B正確．4．答案：(1)不需要(2)eq\f(d2,2LΔt2)(3)ABC解析：(1)該實(shí)驗(yàn)由于有力傳感器測(cè)量滑塊所受的拉力，則不需要滿足滑塊連同傳感器和遮光條的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量．(2)若測(cè)得遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)遮光時(shí)間為Δt，滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v＝eq\f(d,Δt)，根據(jù)v2＝2aL，可得加速度大小為a＝eq\f(d2,2LΔt2).(3)該同學(xué)未進(jìn)行導(dǎo)軌水平調(diào)節(jié)就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若導(dǎo)軌恰好平衡了摩擦力，則得到的圖像為A；若導(dǎo)軌左端過(guò)高，則可能不加拉力時(shí)滑塊就有加速度，則圖像為B；若導(dǎo)軌左端過(guò)低，則可能要當(dāng)拉力增加到一定值時(shí)滑塊才有加速度，則圖像為C，故A、B、C正確．5．答案：(1)圖甲B(2)190±3解析：(1)根據(jù)牛頓第二定律a＝eq\f(F,m)知，加速度和合外力成正比，a-F圖像應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的一條直線，所以上述圖像中只有圖甲能正確反映加速度和力的關(guān)系；圖乙不是過(guò)原點(diǎn)的一條直線，形成的原因可能是繪制a-F圖像時(shí)，將砝碼盤(pán)中的砝碼重量作為合力F，沒(méi)有考慮砝碼盤(pán)(質(zhì)量5g)本身的重量，使得實(shí)際的合力比繪制a-F圖像時(shí)的合力偏大，故選項(xiàng)B正確．(2)設(shè)滑塊的質(zhì)量為m塊，砝碼盤(pán)及砝碼的質(zhì)量為m，細(xì)線上的拉力為FT，據(jù)牛頓第二定律，對(duì)砝碼盤(pán)及砝碼mg－FT＝ma，對(duì)滑塊FT＝m塊a，可得列車加速度a＝eq\f(mg,m＋m塊)＝eq\f(F,m＋m塊)，即圖甲圖像斜率為eq\f(1,m＋m塊)，有eq\f(1,m＋m塊)＝eq\f(1.36,0.30)kg－1＝4.53kg－1，變形為m＋m塊＝eq\f(1,4.53)kg＝0.221kg＝221g，由題知當(dāng)F＝30×10－2N時(shí)，即5個(gè)砝碼全部轉(zhuǎn)移到砝碼盤(pán)，這時(shí)砝碼盤(pán)及砝碼的質(zhì)量m＝30g，所以滑塊的質(zhì)量m塊＝190g．6．答案：(1)A(2)1.86(3)2Fb解析：(1)用如圖所示的裝置探究加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，必要的操作是要平衡摩擦力，由于繩子的拉力大小可以通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)讀出，故不一定要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂桶和砂的質(zhì)量．(2)小車加速