備考2025屆高考物理一輪復習強化訓練第三章運動和力的關系實驗四探究加速度與物體受力物體質量的關系

試驗四探究加速度與物體受力、物體質量的關系1.[試驗原理與數(shù)據(jù)處理/2024北京]物理試驗一般都涉及試驗目的、試驗原理、試驗儀器、試驗方法、試驗操作、數(shù)據(jù)分析等.例如：圖1（1）試驗儀器.用游標卡尺測某金屬管的內徑，示數(shù)如圖1所示.則該金屬管的內徑為31.4mm.（2）數(shù)據(jù)分析.打點計時器在隨物體做勻變速直線運動的紙帶上打點，其中一部分如圖2所示，B、C、D為紙帶上標出的連續(xù)3個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點之間還有4個計時點沒有標出.打點計時器接在頻率為50Hz的溝通電源上.則打C點時，紙帶運動的速度vC＝0.44m/s（結果保留小數(shù)點后兩位）.圖2圖3（3）試驗原理.圖3為“探究加速度與力的關系”的試驗裝置示意圖.認為桶和砂所受的重力等于使小車做勻加速直線運動的合力.試驗中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的總質量m比小車質量M小得多.請分析說明這個要求的理由.設繩的拉力為T，小車運動的加速度為a，對桶和砂，有mg－T＝ma；對小車，有T＝Ma，聯(lián)立解得T＝MM＋mmg，小車受到繩的拉力T等于小車受到的合力F，即F＝MM＋mmg＝11+mMmg，可見，只有桶和砂的總質量解析（1）內徑為31mm＋4×0.1mm＝31.4mm.（2）由題意知，相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s，vC＝xBD2T2.[誤差分析/2024全國Ⅱ]一細繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示.一試驗小組用此裝置測量小球B運動的加速度.令兩小球靜止，細繩拉緊，然后釋放小球，測得小球B釋放時的高度h0＝0.590m，下降一段距離后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的時間T＝0.730s.由此求得小球B加速度的大小為a＝1.84m/s2（保留3位有效數(shù)字）.從試驗室供應的數(shù)據(jù)得知，小球A、B的質量分別為100.0g和150.0g，當?shù)刂亓铀俣却笮間＝9.80m/s2.依據(jù)牛頓其次定律計算可得小球B加速度的大小為a'＝1.96m/s2（保留3位有效數(shù)字）.可以看出，a'與a有明顯差異，除試驗中的偶然誤差外，寫出一條可能產(chǎn)生這一結果的緣由：滑輪的軸不光滑或滑輪有質量.解析小球B做初速度為零的勻加速直線運動，有h0－h(huán)＝12aT2，解得a＝1.84m/s2.

對B由牛頓其次定律有mBg－F＝mBa'，對A由牛頓其次定律有F'－mAg＝mAa'，F(xiàn)'＝

F，解得a'＝(mB-mA)gmB＋mA3.[創(chuàng)新試驗/2024湖北]某同學利用測質量的小型家用電子秤，設計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的試驗.如圖（a）所示，木板和木塊A放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連.調整滑輪，使其與木塊A間的輕繩水平，與重物B間的輕繩豎直.在木塊A上放置n（n＝0，1，2，3，4，5）個砝碼（電子秤稱得每個砝碼的質量m0為20.0g），向左拉動木板的同時，記錄電子秤的對應示數(shù)m.圖（a）圖（b）（1）試驗中，拉動木板時不必（填“必需”或“不必”）保持勻速.（2）用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質量，則m和mA、mB、m0、μ、n所滿意的關系式為m＝mB－μ（mA＋nm0）.（3）依據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上繪制出m－n圖像，如圖（b）所示，可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝0.40（保留2位有效數(shù)字）.解析（1）木塊與木板間滑動摩擦力的大小與木板的運動狀態(tài)無關，則試驗時沒有必要使木板做勻速直線運動.（2）對木塊、砝碼組成的系統(tǒng)，由平衡條件得μ（mA＋nm0）g＝T，對重物B，由平衡條件得mBg＝T＋mg，聯(lián)立解得m＝mB－μ（mA＋nm0）.（3）結合圖（b）整理上式得m＝－μm0·n＋（mB－μmA），則k＝－μm0，由圖（b）可知k＝19－595－04.[創(chuàng)新試驗/2024山東]在天宮課堂中，我國航天員演示了利用牛頓其次定律測量物體質量的試驗.受此啟發(fā)，某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計了測量物體質量的試驗，如圖甲所示.主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊，調平氣墊導軌；圖甲③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊.彈簧處于原長時滑塊左端位于O點，A點到O點的距離為5.00cm，拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并起先計時；④計算機采集獲得數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變更的圖像，部分圖像如圖乙所示.圖乙圖丙回答以下問題（結果均保留兩位有效數(shù)字）：（1）彈簧的勁度系數(shù)為12N/m.（2）該同學從圖乙中提取某些時刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出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量為0.20kg.（3）該同學在滑塊上增加待測物體，重復上述試驗步驟，在圖丙中畫出新的a－F圖像Ⅱ，則待測物體的質量為0.13kg.解析（1）初始時彈簧的伸長量為5.00cm，結合圖乙可讀出彈簧彈力為0.610N，由F＝kx可得彈簧的