（江蘇專用）2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 課時(shí)28 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系加練半小時(shí).docx

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28 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 [方法點(diǎn)撥]　(1)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法；(2)數(shù)據(jù)處理：圖象法． 1．(2017廣東廣州測(cè)試一)為驗(yàn)證物體所受合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1中a所示的裝置來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．在自制的雙層架子上固定帶有刻度標(biāo)記的水平木板，架子放在水平桌面上．實(shí)驗(yàn)操作步驟如下： ①適當(dāng)調(diào)整裝置，使裝置不帶滑輪的一端稍稍墊高一些． ②在兩個(gè)托盤中放入砝碼，并使兩托盤質(zhì)量(含砝碼)相同，且遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．連接小車的細(xì)線跨過定滑輪與托盤相連． ③讓兩小車緊靠右邊的擋板，小車前端在刻度尺上的讀數(shù)如圖a所示，在甲車上放上砝碼，同時(shí)釋放兩小車，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，用手機(jī)對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行拍照．結(jié)合照片和小車的初始刻度標(biāo)記，得到甲、乙兩車運(yùn)動(dòng)的距離分別為s1、s2. ④在甲小車上逐漸增加砝碼個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟③. 圖1 (1)本實(shí)驗(yàn)的原理是通過驗(yàn)證小車發(fā)生的位移與小車(含砝碼)的質(zhì)量成________關(guān)系，來驗(yàn)證合外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比． (2)實(shí)驗(yàn)前將裝置右端稍稍墊高一些的目的是____________________________________ ________________________________________________________________________. (3)某次拍到的照片如圖b所示，則小車通過的位移是________ cm. (4)如果以為橫坐標(biāo)，以甲車(含砝碼)的質(zhì)量為縱坐標(biāo)，作出的圖線如圖c所示，則該直線斜率代表的物理量是__________________________，其大小為________． 2．為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置： 圖2 (1)以下實(shí)驗(yàn)操作正確的是________ A．將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運(yùn)動(dòng) B．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行 C．先接通電源后釋放小車 D．實(shí)驗(yàn)中小車的加速度越大越好 (2)在實(shí)驗(yàn)中，得到一條如圖乙所示的紙帶，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.1 s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，則小車的加速度a＝____ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． (3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們?cè)谲壍浪郊皟A斜兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條a－F圖線，如圖丙所示，圖線________是在軌道傾斜情況下得到的(填“①”或“②”)；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m＝________ kg. 3．(2018遼寧沈陽九中月考)用圖3甲所示裝置“探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”．請(qǐng)思考并完成相關(guān)內(nèi)容： 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為平衡摩擦力，以下操作正確的是________． A．連著砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運(yùn)動(dòng) B．取下砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運(yùn)動(dòng) C．取下砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車緩慢沿木板做直線運(yùn)動(dòng) (2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz，由此可求出小車的加速度a＝________ m/s2(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (3)一組同學(xué)在保持木板水平時(shí)，研究小車質(zhì)量一定的情況下加速度a與合外力F的關(guān)系，得到如圖丙中①所示的a－F圖線．則小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力Ff＝______ N，小車質(zhì)量M＝________ kg.若該小組正確完成了步驟(1)，得到的a－F圖線應(yīng)該是圖丙中的________(填“②”“③”或“④”)． 4．某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖4所示裝置探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系． 圖4 (1)下列實(shí)驗(yàn)方法，可以采用________． A．等效法 B．控制變量法 C．放大法 D．累積法 (2)實(shí)驗(yàn)中，通過向小車放入鉤碼來改變小車質(zhì)量，只要測(cè)出小車從長為L的斜面頂端從靜止開始滑至底端的時(shí)間t，就可以由公式a＝________________求出加速度． (3)實(shí)驗(yàn)中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長木板的傾角，由于沒有量角器，因此通過測(cè)量出長木板頂端到水平面的高度h，求出傾角α的正弦值sin α＝.某同學(xué)記錄了高度和加速度的對(duì)應(yīng)值，并在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系后描點(diǎn)作圖如圖5，請(qǐng)根據(jù)他所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________ m/s2. 圖5 5．為了探究加速度與力的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置，一端帶有定滑輪的長木板水平放置，長木板上安裝兩個(gè)相距為d的光電門；放在長木板上的滑塊通過繞過定滑輪的細(xì)線與力傳感器相連，力傳感器下掛一重物．拉滑塊的細(xì)線的拉力大小F等于力傳感器的示數(shù)．讓滑塊從光電門1處由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間t后，經(jīng)過光電門2.改變重物質(zhì)量，重復(fù)以上操作，得到下表中的5組數(shù)據(jù)．(取g＝10 m/s2，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力) 圖6 次數(shù) a/(ms－2) F/N 1 1.0 0.76 2 2.0 0.99 3 3.0 1.23 4 4.0 1.50 5 5.0 1.76 (1)若測(cè)得兩光電門之間距離d＝0.5 m，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝0.5 s，則滑塊的加速度a＝________m/s2. (2)依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖7中畫出a－F圖象． 圖7 (3)根據(jù)圖象可得滑塊的質(zhì)量m＝________kg，滑塊和長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________. 6．(2018四川成都模擬)如圖8甲所示，一端帶有定滑輪的長木板放置在水平桌面上，靠近長木板的左端固定有一光電門，右端放置一帶有擋光片的小車，小車和擋光片的總質(zhì)量為M，細(xì)線繞過定滑輪，一端與小車相連，另一端掛有6個(gè)鉤碼，已知每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m，且M＝4m. 圖8 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)出小車上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則擋光片寬度d＝________ cm. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了消除摩擦力的影響，可以把木板右端適當(dāng)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到使小車在________(填“受”或“不受”)細(xì)線的拉力時(shí)能沿木板做________直線運(yùn)動(dòng)． (3)將小車從木板右端由靜止釋放，小車上的擋光片通過光電門的時(shí)間為t1，則小車通過光電門的速度為______(用題給字母表示)． (4)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，細(xì)線另一端掛有6個(gè)鉤碼，由靜止釋放小車后細(xì)線上的拉力為F1，接著每次實(shí)驗(yàn)時(shí)將1個(gè)鉤碼移放到小車上，當(dāng)細(xì)線掛有3個(gè)鉤碼時(shí)細(xì)線上的拉力為F2，則F1________2F2(填“大于”“等于”或“小于”)． 圖9 (5)若每次移動(dòng)鉤碼后都從同一位置釋放小車，設(shè)擋光片(寬度為d，且d?L)與光電門的距離為L，細(xì)線所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為n，測(cè)出每次擋光片通過光電門的時(shí)間為t，測(cè)出多組數(shù)據(jù)，并繪出n－圖象如圖9所示，已知圖線斜率為k，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹開_____(用題給字母表示)． 答案精析 1．(1)反比　(2)消除小車與木板之間摩擦力造成的影響　(3)42.0 (4)小車乙的質(zhì)量m乙　0.2 kg 2．(1)BC　(2)0.34　(3)①　0.5 解析　(1)平衡摩擦力就是讓小車在無拉力的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讓小車重力沿斜面的分力等于小車受到的摩擦力．所以平衡時(shí)應(yīng)為：將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不連砝碼及砝碼盤的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤； 為了使繩子拉力代替小車受到的合力，需要調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行，故B正確； 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，先接通電源后釋放小車，故C正確； 實(shí)驗(yàn)中小車的加速度不是越大越好，加速度太大，紙帶打的點(diǎn)太少，不利于計(jì)算，故D錯(cuò)誤． (2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得： x4－x1＝3aT2 x5－x2＝3aT2 x6－x3＝3aT2 聯(lián)立得：(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝9aT2 解得：a＝＝ 10－2 m/s2≈0.34 m/s2. (3)由題圖丙可知，當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0.也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)小車就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時(shí)木板的右端墊得過高．所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的．根據(jù)F＝ma得a－F圖象的斜率k＝，由題圖a－F圖象得圖象斜率k＝2，所以m＝0.5 kg. 3．(1)B　(2)1.60　(3)0.10　0.20?、? 解析　(1)在平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)使小車所受重力沿木板斜面方向的分力等于小車所受摩擦力，所以應(yīng)該取下砂桶，輕推小車后，小車能勻速下滑，B項(xiàng)正確． (2)將所得紙帶分為等時(shí)的兩大段，由逐差公式Δx＝aT2可知， 小車的加速度為： a＝ cm/s2≈1.60 m/s2. (3)木板水平時(shí)，由牛頓第二定律F－Ff＝Ma得a＝F－， 結(jié)合題圖圖象可知，a＝0時(shí)，F(xiàn)f＝F＝0.10 N；當(dāng)F＝0時(shí)，＝ －0.50 m/s2，所以M＝0.20 kg.無論是否平衡摩擦力，a－F圖線的斜率都等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，故正確完成實(shí)驗(yàn)步驟(1)所得到的實(shí)驗(yàn)圖線應(yīng)過原點(diǎn)且與圖線①平行，所以應(yīng)是圖線②. 4．(1)B　(2)　(3)9.6 解析　(1)要探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系，由于有兩個(gè)變量，可采用控制變量法，B正確． (2)小車在光滑斜面上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，由L＝at2可得a＝. (3)小車在光滑斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度a＝gsinα，a－sin α圖象的斜率表示重力加速度，得g＝9.6 m/s2. 5．(1)4.0　(2)見解析圖　(3)0.25　0.2 解析　(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式d＝at2得， a＝＝ m/s2＝4.0 m/s2. (2)如圖所示 (3)根據(jù)F－μmg＝ma得a＝－μg，所以滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率等于滑塊質(zhì)量的倒數(shù)． 由圖象得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率k＝4，所以滑塊的質(zhì)量m＝0.25 kg. 由圖象得，當(dāng)F＝0.5 N時(shí)，滑塊剛要開始滑動(dòng)，所以滑塊與長木板間的最大靜摩擦力等于0.5 N. 而最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力， 即μmg＝0.5 N， 解得μ＝0.2. 6．(1)0.520　(2)不受　勻速　(3)　(4)小于　(5) 解析　(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.054 mm＝0.20 mm，則最終讀數(shù)為5.20 mm＝0.520 cm.(2)當(dāng)小車不受細(xì)線的拉力時(shí)，重力沿木板向下的分力若與摩擦力平衡，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)．(3)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度的大小，則小車通過光電門的速度為.(4)當(dāng)細(xì)線掛有6個(gè)鉤碼時(shí)，對(duì)小車和鉤碼整體分析，a1＝＝0.6g，對(duì)小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F1＝Ma1＝4m0.6g＝2.4mg，當(dāng)細(xì)線掛有3個(gè)鉤碼時(shí)，對(duì)整體分析，a2＝＝0.3g，對(duì)小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F2＝7ma2＝2.1mg，可知F1＜2F2.(5)小車通過光電門的速度v＝，根據(jù)v2＝2aL，得＝2aL，因?yàn)閍＝＝，代入解得n＝，圖線的斜率k＝，解得g＝.