探究加速度与力质量的关系押题专练高考物理精校解析 Word版.docx
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探究加速度与力质量的关系押题专练高考物理精校解析 Word版.docx
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探究加速度与力质量的关系押题专练高考物理精校解析Word版
押题专练
1.用电磁打点计时器、水平木板(包括定滑轮)、小车等器材做“研究小车加速度与质量的关系”的实验,如图是某学生做该实验时小车即将释放之前的实验装置图;该图中有4处错误,它们分别是:
(1)________________________________________________________________________;
(2)________________________________________________________________________;
(3)________________________________________________________________________;
(4)________________________________________________________________________。
答案 见解析
解析
(1)水平木板左端未适当垫高来平衡摩擦力。
(2)电源要用低压交流电源。
(3)小车应靠近打点计时器。
(4)连接沙桶的细线通过定滑轮后应与木板平行。
2.某物理兴趣小组利用图示实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。
(1)在平衡摩擦力后,要使细线的拉力可近似认为等于砝码盘及盘中砝码受到的总重力,小车的质量M和砝码盘及盘中砝码的总质量m应满足的条件是________。
(2)下列实验操作中,正确的是________。
(填正确选项前的字母)
A.调节定滑轮的高度,使牵引小车的细线与长木板表面保持平行
B.每次小车都要从同一位置开始运动
C.实验中应先放小车,然后再接通打点计时器的电源
D.平衡摩擦力后,通过增减小车上的砝码改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
答案
(1)M≫m(或m≪M)
(2)AD
3.某实验小组利用如图所示的装置进行验证:
当质量m一定时,加速度a与力F成正比的关系,其中F=m2g,m=m1+m2(m1为小车及车内砝码的总质量,m2为桶及桶中砝码的总质量)。
具体做法是:
将小车从A处由静止释放,用速度传感器测出它运动到B处时的速度v,然后将小车内的一个砝码拿到小桶中,小车仍从A处由静止释放,测出它运动到B处时对应的速度,重复上述操作。
图中AB相距x。
(1)设加速度大小为a,则a与v及x间的关系式是______。
(2)如果实验操作无误,四位同学根据实验数据做出了下列图象,其中哪一个是正确的( )
(3)下列哪些措施能够减小本实验的误差________。
A.实验中必须保证m2≪m1
B.实验前要平衡摩擦力
C.细线在桌面上的部分应与长木板平行
D.图中AB之间的距离x尽量小些
答案
(1)v2=2ax
(2)A (3)BC
解析
(1)小车做初速度为零的匀加速直线运动,由匀变速直线运动的速度位移公式得:
v2=2ax。
(2)由
(1)可知:
v2=2ax,由牛顿第二定律得:
a=
,则:
v2=
F,v2与F成正比,故选A。
(3)以系统为研究对象,加速度:
a=
=
,系统所受拉力等于m2g,不需要满足m2≪m1,故A错误;为使系统所受合力等于桶与桶中砝码的重力,实验需要平衡摩擦力,还需要细线在桌面上的部分与长木板平行,故B、C正确;为减小实验误差,图中A、B之间的距离x应尽量大些,故D错误;故选B、C。
4.如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。
直径为d、质量为m的钢球自由下落的过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。
用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。
测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g。
(1)钢球下落的加速度大小a=______________,钢球受到的空气平均阻力f=__________________。
(2)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”,但从严格意义上讲是不准确的,实际上钢球通过光电门的平均速度________(填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。
答案
(1)
-
mg-
-
(2)<
5.
(1)如图甲所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。
①在“验证牛顿第二定律”的实验中,为了使小车受到合外力等于砝码和砝码盘的总重量,通常采用如下两个措施:
A.平衡摩擦力:
将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块,反复移动木块的位置,直到小车在砝码盘的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动;
B.在调整砝码多少的过程中,要保证砝码和砝码盘的总质量m远小于小车和砝码的总质量M。
以上哪一个措施中有何重大错误?
(说明错误点)____________________________________________________________。
②如图是上述实验打出的一条纸带,已知打点计时器的打点周期是0.02s,结合图乙给出的数据(单位:
cm),求出小车运动加速度的大小为________m/s2,并求出纸带中P点瞬时速度的大小为________m/s。
(结果均保留两位有效数字)
(2)某实验小组设计了如图a所示的实验装置,通过改变重物的质量,利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。
他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验,得到了两条aF图线,如图b所示。
①图线________(填“甲”或“乙”)是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
②滑块和位移传感器发射部分的总质量m=________kg,滑块和轨道间的动摩擦因数μ=________。
答案
(1)①A有错误,平衡摩擦力时不能悬挂砝码盘 ②4.0 2.6
(2)①甲②0.50.2
中平衡摩擦力过大,即倾角过大,平衡摩擦力时木板的左端垫得过高。
所以图线甲是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
②根据F=ma得a=
。
所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数。
由图得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k=2,所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m=0.5kg;在水平轨道上F=1N时,加速度a=0,根据牛顿第二定律得F-μmg=0,解得μ=0.2。
6.如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。
他在气垫导轨上安装了一个光电门B。
滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放。
(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d=________mm。
(2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是______________________。
(3)下列不必要的一项实验要求是________。
(填选项前的字母)
A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B.应使A位置与光电门间的距离适当大些
C.应将气垫导轨调节水平
D.应使细线与气垫导轨平行
(4)改变钩码质量,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性图象,研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出________
填“t2F”“
F”或“
F”
图象。
答案
(1)2.30
(2)遮光条到光电门的距离L (3)A(4)
F
解析
(1)由图知第6条刻度线与主尺对齐,d=2mm+6×0.05mm=2.30mm。
(2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,滑块经过光
7.某研究学习小组用图甲所示的装置探究加速度与合力的关系。
装置中的铝箱下端连接纸带,砂桶中可放置砂子以改变铝箱所受的外力大小,铝箱向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出。
现保持铝箱总质量m不变,逐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次实验,得到多组a、F值(F为力传感器的示数,等于悬挂滑轮绳子的拉力),不计滑轮的重力。
(1)某同学根据实验数据画出了图乙所示aF关系图像,则由该图像可得铝箱总质量m=__________kg,重力加速度g=__________m/s2。
(结果保留两位有效数字)
(2)当砂桶和砂的总质量较大导致a较大时,图线________。
A.偏向纵轴 B.偏向横轴
C.斜率逐渐减小D.斜率不变
解析:
(1)对铝箱分析,应有FT-mg=ma,
对滑轮应有F=2FT,
联立可解得a=
=
F-g,
可知图线的斜率k=
=
,解得m=0.25kg,纵轴截距-g=-9.8,解得g=9.8m/s2。
(2)对于图线的斜率k=
,当砂桶和砂的总质量较大,可知图线的斜率不变,故选D。
答案:
(1)0.25 9.8
(2)D
8.如图所示为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图,实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光条的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光条的宽度d=0.950cm;用米尺测量两光电门之间的距离s;
②调整轻滑轮,使细线水平;
③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光条经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a;
④多次重复步骤③,求a的平均值
;
⑤根据上述实验数据求出物块与水平桌面间动摩擦因数μ。
回答下列问题:
(1)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a=____________;
(2)动摩擦因数μ可用M、m、
和重力加速度g表示为μ=__________;
(3)如果滑轮略向下倾斜,使细线没有完全调节水平,由此测得的μ________(填“偏大”或“偏小”);这一误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”)。
答案:
(1)
(2)
(3)偏大 系统误差
9.某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。
他在气垫导轨旁安装了一个光电门B,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,力传感器可直接测出细线中拉力大小,传感器下方悬挂钩码。
改变钩码数量,每次都从A处由静止释放滑块。
已知滑块(含遮光条)总质量为M,导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为L。
请回答下面相关问题。
(1)如图乙,实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为d=________cm。
某次实验中,由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为t,由力传感器记录对应的细线拉力大小为F,则滑块运动的加速度大小a应表示为______(用题干已知物理量和测得物理量字母表示)。
(2)下列实验要求中不必要的是________。
A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B.应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些
C.应将气垫导轨调节至水平
D.应使细线与气垫导轨平行
光电门间的距离适当大些,有利于减小误差,故B正确。
应将气垫导轨调节水平,才能使拉力等于合力,故C正确。
要保持细线方向与气垫导轨平行,拉力才等于合力,故D正确。
本题选择不必要的,故选A。
答案:
(1)0.950
(2)A
10.在“验证牛顿第二定律”的实验中,打出的纸带如图所示,相邻计数点间的时间间隔是T.
(1)测出纸带各相邻计数点之间的距离分别为x1、x2、x3、x4,如图(a)所示,为使由实验数据计算的结果更精确一些,计算加速度平均值的公式应为a=____________.
(2)在该实验中,为验证小车质量M不变时,a与F成正比,小车质量M、沙及沙桶的质量m分别选取下列四组值.
A.M=500g,m分别为50g、70g、100g、125g
B.M=500g,m分别为20g、30g、40g、50g
C.M=200g,m分别为50g、70g、100g、125g
D.M=200g,m分别为30g、40g、50g、60g
若其他操作都正确,那么在选用____组值测量时所画出的a-F图象较准确.
(3)有位同学通过测量,作出a-F图象,如图(b)所示.试分析:
①图象不通过原点的原因是_______________________.
②图象上部弯曲的原因是_________________________.
答案:
(1)
(2)B (3)①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够 ②未满足沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M
11.如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置.
(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持__________不变,用钩码所受的重力作为______________,用DIS测小车的加速度.
(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量.在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示).
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________.
②此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是( )
A.小车与轨道之间存在摩擦
B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大
D.所用小车的质量太大
解析:
(1)在研究加速度与力的关系时必须保持小车质量不变,才能找出二者的关系.
(2)①OA段在实验误差允许的范围内,图线是一条直线,因此可得出a与F成正比的关系.
②由实验的原理a=
=
可知AB段明显偏离直线是由于没有满足M车≫m钩造成的.
答案:
(1)小车的总质量(或小车的质量) 小车所受外力(或外力、合外力)
(2)①在质量不变的条件下,加速度与合外力成正比
②C
12.某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度.
实验步骤:
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示.在A端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作F;
③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;
实验数据如下表所示:
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.61
④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静止,测量重物P离地面的高度h;
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s.
图乙
完成下列作图和填空:
(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线.
(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ=________(保留2位有效数字).
(3)滑块的最大速度v=________(用h、s、μ和重力加速度g表示).
解析:
(1)F-G图线如图所示.
答案:
(1)见解析图
(2)0.40(0.38~0.42均正确) (3)
13.某探究学习小组的同学要验证“牛顿第二定律”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘.实验首先保持轨道水平,通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以平衡摩擦力,再进行后面的操作,并在实验中获得以下测量数据:
小车、力传感器和挡光板的总质量M,平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0,挡光板的宽度d,光电门1和2的中心距离s.
(1)该实验________(填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量.
(2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d,如图所示,d=________mm.
(3)某次实验过程:
力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则该实验要验证的表达式是________________.
答案:
(1)不需要
(2)5.50
(3)F=M
14.为验证物体所受合外力一定时,加速度与质量成反比,同学们设计了如图a所示的装置来进行实验.在自制的双层架子上固定带有刻度标记的木板,架子放在水平桌面上.实验操作步骤如下:
①适当调整装置,使装置不带滑轮的一端稍稍垫高一些.
②在两个托盘中放入砝码,并使两托盘质量(含砝码)相同,且远小于小车的质量.连接小车的细线跨过定滑轮与托盘相连.
③让两小车紧靠右边的挡板,小车前端在刻度尺上的读数如图a所示,并在甲车上放上砝码,同时释放两小车,当小车运动一段时间后,用手机对整个装置进行拍照.结合照片和小车的初始刻度标记,得到甲、乙两车运动的距离分别为s1、s2.
④在甲车上逐渐增加砝码个数,重复步骤③.
(1)本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车(含砝码)的质量成________关系,来验证合外力一定时加速度与质量成反比.
(2)实验前将装置不带滑轮端稍稍垫高一些的目的是_________
_____________________________________________________.
(3)某次拍到乙车的照片如图b所示,则它通过的位移是________cm.
(4)如果以
为横坐标,以甲车(含砝码)的质量m甲为纵坐标,作出的图线如图c所示,则该直线斜率代表的物理量是__________,其大小为______________.
(4)s1=
a1t2,s2=
a2t2,则
=
=
=
,整理得m甲=m乙
,由此可知图象中直线斜率代表的物理量是小车乙的质量;大小为m乙=
kg=0.2kg.
答案:
(1)反比
(2)消除小车与木板之间摩擦力造成的影响
(3)42.0
(4)小车乙的质量m乙 0.2kg
15.某同学用如图实49甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。
图实49
(1)实验时,必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。
该同学是这样操作的:
如图乙,将小车静止地放在水平长木板上,并连着已穿过打点计时器的纸带,调整木板右端的高度,接通电源,用手轻拨小车,让打点计时器在纸带上打出一系列________的点,说明小车在做________运动。
(2)如果该同学先如
(1)中的操作,平衡了摩擦力。
以砂和砂桶的重力为F,在小车质量M保持不变情况下,不断往桶里加砂,砂的质量最终达到
M,测小车加速度a,作aF的图像。
如图丙图线正确的是________。
(3)设纸带上计数点的间距为x1和x2。
如图丁为用米尺测量某一纸带上的x1、x2的情况,从图中可读出x1=3.10cm,x2=________cm,已知打点计时器的频率为50Hz,由此求得加速度的大小a=________m/s2。
(3)根据图像可知,x2=5.50cm,打点计时器的频率为50Hz,每5个点取一个计数点,则T=0.1s,加速度的大小a=
=
m/s2=2.40m/s2。
答案:
(1)点迹均匀 匀速
(2)C (3)5.50 2.40
16.在用图实410所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验中:
(1)甲同学在外力F一定的条件下,探究a与M的关系时,所得到的实验结果如下表:
外力F=0.1N
次数n
1
2
3
4
5
质量M/g
100
140
180
200
240
加速度a/(m·s-2)
1.00
0.67
0.53
0.48
0.40
质量的倒数
/kg-1
10.00
7.14
5.56
4.17
图实410
①请你完善表中数据,并在图实411中给出的坐标纸上画出a
的图像;
图实411
②由图像可得到的结论是___________________________________________________。
(2)乙同学在探究加速度与外力关系的实验中得到的aF图像如图实412,则该图像中图线不过原点的原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________,
小车的质量为________kg(保留两位有效数字)。
图实412
答案:
(1)①
次数n
1
2
3
4
5
质量M/g
100
140
180
200
240
加速度a/(m·s-2)
1.00
0.67
0.53
0.48
0.40
质量的倒数
/kg-1
10.00
7.14
5.56
5.00
4.17
②在外力一定的情况下,物体的加速度与质量成反比
(2)木板倾角过大(或平衡摩擦力过度) 0.28(0.26~0.29均正确)
17.如图实413所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。
他在气垫导轨上安装了一个光电门B。
滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放。
图实413
(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图实414所示,则d=________mm。
图实414
(2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是__________________;
(3)下列不必要的一项实验要求是________。
(请填写选项前对应的字母)
A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B.应使A位置与光电门间的距离适当大些
C.应将气垫导轨调节水平
D.应使细线与气垫导轨平行
(4)改变钩码质量,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性图像,研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出________图像。
(选填“t2F”“
F”或“
F”)
(4)由题意可知,该实验中保持小车质量M不变,因此有:
v2=2aL,
v=
,a=
,
=2
L
所以研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出
F图像。
答案:
(1)2.30
(2)遮光条到光电门的距离L (3)A (4)
F
18.“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图实415(a)所示,实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F。
通过增加钩码的数量,多次测量,可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。
他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验,得到了两条aF图线。
如图(b)所示。
图实415
(1)图线________(选填“①”或“②”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的;
(2)在轨道水平时,小车运动的阻力Ff=________N;
(3)图(b)中,拉力F较大时,aF图线明显弯曲,产生误差,为避免此误差,可采取的措施是________。
A.调整轨道的倾角,在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动
B.在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码,使钩码的总质量始终远小于小车的总质量
C.将无线力传感器捆绑在小车上,再将细线连在力传感器上,用力传感器读数代替钩码的重力
D.更换实验中使用的钩码规格,采用质量较小的钩码进行上述实验
解析:
(1)在水平轨道上,由于受到摩擦力,拉力不为零时,
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