【物理】2020届一轮复习人教版探究加速度与力、质量的关系作业

【物理】2020届一轮复习人教版探究加速度与力、质量的关系作业

实验四　探究加速度与力、质量的关系　 　　　　　　　　　　　‎ 一、选择题 ‎1．关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确的是(　　)‎ A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通电源 D．可以利用天平测出砂桶和砂的质量m和小车的质量M，直接用公式a＝求出加速度 解析：平衡摩擦力时，使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡，所以不能将小桶系在小车上，A错误；平衡摩擦力后，小车和板间的动摩擦因数μ＝tan α，与小车的质量无关，所以改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确；实验时，应先接通电源，待打点稳定后，再放开小车，C错误；本实验是探究作用力一定时，加速度与质量成反比，不能直接用公式a＝求加速度，D错误．‎ 答案：B 二、非选择题 ‎2．(2019年汕头质检)如图 ‎15－1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图．‎ ‎(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动．如果打出的纸带如图15－2所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．‎ 图15－1‎ 图15－2‎ 图15－3‎ ‎(2)图15－3为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________．‎ 解析：(1)平衡小车所受阻力时，需要将砝码取下；题图纸带反映了小车在做加速运动，即垫木垫高了，应减小木板的倾角，‎ 直到纸带打出的点迹均匀为止．‎ ‎(2)当小车上的砝码为零时，小车加速度为a0＝，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝；图中直线的函数关系式为＝km＋b，根据牛顿第二定律F＝(m＋M)a，可解得：M＝，F＝.‎ 答案：(1)砝码　减小　间隔相等(均匀)　(2)　 ‎3．如图15－4所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力．在图示状态下开始做实验．‎ 图15－4‎ ‎(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是____________________________．‎ ‎(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件．‎ 解析：不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出．‎ 答案：(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远　(2)不需要 ‎4．(2019年云南十一校调研)如图15－5甲所示，力传感器A 与计算机相连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在水平桌面上，测力端通过轻质细绳与一滑块相连，调节传感器高度使细绳水平，滑块放在较长的小车上，滑块的质量m＝1.5 kg，小车的质量为M＝1.65 kg.一根轻质细绳跨过光滑的轻质滑轮，其一端连接小车，另一端系一只空砂桶，调节滑轮使桌面上部细绳水平，整个装置处于静止状态．现打开传感器，同时缓慢向砂桶里倒入砂，当小车刚好开始运动时，立即停止倒砂．若力传感器采集的F－t图象如图15－5乙所示，重力加速度取g＝10 m/s2，则：‎ 图15－5‎ ‎(1)滑块与小车间的动摩擦因数μ＝________；若忽略小车与水平桌面间的摩擦，小车稳定运动时加速度大小a＝________m/s2.‎ ‎(2)若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平，左端略低一些，由此而引起的动摩擦因数μ的测量结果________(填“偏大”或“偏小”)．‎ 解析：(1)根据题图乙所示的图象可知，滑块所受的滑动摩擦力为Ff＝3.0 N，滑块与小车之间的正压力FN＝mg＝1.5×10 N＝15 N．由Ff＝μFN，解得μ＝0.2.根据题图乙可知小车所受拉力等于砂桶和砂的重力m′g＝3.5 N，砂桶和砂的质量m′＝0.35 kg.若忽略小车与水平桌面间的摩擦，对小车和砂桶、砂整体，由牛顿第二定律得m′g－Ff＝(m′＋M)a，解得小车稳定运动时加速度大小a＝0.25 m/s2.‎ ‎(2)若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平，左端略低一些，滑块与小车之间的正压力FN大于重力mg，由此而引起的动摩擦因数μ的测量结果偏大．‎ 答案：(1)0.2　0.25　(2)偏大 ‎5．(2019年唐山模拟)用图15－6(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律：‎ ‎(1)某同学通过实验得到如下图15－6(b)所示的a－F图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角________(填“偏大”或“偏小”)．‎ 图15－6‎ ‎(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力________砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足________的条件．‎ ‎(3)某同学得到如图15－7所示的纸带．已知打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx＝xDG－xAD＝________cm.由此可算出小车的加速度a＝________m/s2(保留两位有效数字)．‎ 图15－7‎ 解析：(1)根据所给的题a－F图象可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的．‎ ‎(2)根据牛顿定律，对小车F＝Ma，对砝码和盘mg－F＝ma，解得F＝＜mg，只有当M≫m时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减少误差．‎ ‎(3)由题图读出xAD＝2.10 cm，xDG＝3.90 cm，所以Δx＝xDG－xAD＝1.80 cm，根据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年江西八校联考)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图15－8所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量．(滑轮质量不计)‎ 图15－8‎ ‎(1)实验时，一定要进行的操作是________．‎ A．用天平测出砂和砂桶的质量 B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力 C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带 E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m 远小于小车的质量M ‎(2)该同学在实验中得到如图15－9所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)．‎ 图15－9‎ 图15－10‎ ‎(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________．‎ A．2tanθ B. C．k D. 解析：(1)由题实验原理图可以看出，由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，A、E错；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，B对；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，同时读出弹簧测力计的示数，C对；为了多测几组数据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，D对．‎ ‎(2)由逐差法可得：小车的加速度 a＝，‎ 将T＝×3 s＝0.06 s代入可得a＝1.3 m/s2.‎ ‎(3)由题图结合牛顿第二定律，有2F＝Ma，得a＝F 则图象斜率k＝，得小车的质量M＝，故A、B、C错，D对．‎ 答案：(1)BCD　(2)1.3　(3)D ‎7.‎ 图15－11‎ 某同学设计了如图15－11所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小，再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.‎ ‎(1)木块的加速度可以用d、t表示为a ‎＝________；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是________(一种即可)．‎ ‎(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系．下列图象能表示该同学实验结果的是________。‎ ‎(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________。‎ A．可以改变滑动摩擦力的大小 B．可以更方便地获取多组实验数据 C．可以比较精确地测出摩擦力的大小 D．可以获得更大的加速度以提高实验精度 解析：(1)木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，由d＝at2可知：a＝.为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变，重复实验多次测量d、t取平均值．‎ ‎(2)该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木板的质量M远大于矿泉水瓶的质量m，此时可认为绳上的拉力FT近似等于弹簧秤示数F1.本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意可知木板受到的摩擦力为F0，木板受到的合外力为(F1－F0)．图象反映的是a与F1的关系，而不是a与(F1－F0)的关系，所以图象不过原点．当F1增大时，即矿泉水瓶的质量m增大时，实验的前提条件不再满足，此时a越大，绳上的拉力FT就越小于弹簧秤示数F1，加速度增加得就越慢，图线向下弯曲，C正确．‎ ‎(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小，B、C说法是正确的，两种实验方法都不能改变滑动摩擦力的大小，A错误；通过(2)中分析可以知道当加速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，D说法错误．‎ 答案：(1)　保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值　(2)C　(3)BC ‎8．某实验小组利用图15－12所示的装置探究加速度与力、质量的关系．‎ 图15－12‎ ‎(1)下列做法正确的是________(填字母代号)．‎ A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 ‎(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)‎ ‎(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图15－13中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙．(填“大于”“小于”或“等于”)‎ 图15－13‎ 解析：(1)A选项正确，使牵引木块的细绳与长木板保持平行可以保证车沿运动方向受到的力即绳子对车的拉力；B选项错误，在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂重物；C选项错误，实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器；D选项正确，平衡摩擦之后，Mgsinθ＝μMgcosθ成立，改变木块上的砝码相当于改变小车和砝码总质量M，上式依然成立．(2)按照教材上的实验原理以砝码桶及砝码作为小木块的外力，则有F＝mg(m为砝码桶及砝码总质量)，而实际实验过程中砝码桶及砝码也与小木块一起做匀加速运动，即对砝码桶及砝码有mg－F′＝ma，对小木块有F′＝Ma.综上有：F′＝mg，只有当m≪M时，才能有效的保证F′更接近mg，‎ 减小实验误差，提高实验的准确性．(3)当没有平衡摩擦力时有：F－μMg＝Ma，故a＝F－μg，即图线斜率为，纵轴截距的大小为μg.由图线可知m甲小于m乙，μ甲大于μ乙．‎ 答案：(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于