全国版2021高考物理一轮复习专题三牛顿运动定律考点3实验探究加速度与力质量的关系精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题三牛顿运动定律考点3实验探究加速度与力质量的关系精练含解析

考点3 实验:探究加速度与力、质量的关系 ‎1.[2020安徽示范高中名校联考,6分]为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ,某小组使用DIS位移传感器设计了如图甲所示的实验装置,让木块从倾斜木板上一点A由静止释放,位移传感器可以测出木块到传感器的距离.位移传感器连接计算机,描绘出木块相对传感器的位移x随时间t的变化规律如图乙所示.‎ ‎　　　　　 　　图甲　　　　　　　　　　　　图乙 ‎(1)根据图乙,计算0.4 s时木块的速度v=　　　　m/s,木块的加速度a =　　　m/s2.(结果均保留2位有效数字) ‎ ‎(2)为了测定动摩擦因数μ,还需要测量的量是　　　　;得出μ的表达式为μ=　　　(已知当地的重力加速度为g). ‎ ‎2.[2020福建五校第二次联考,6分]某研究性学习小组的同学们欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系,该小组在实验室设计了一套如图甲所示的实验装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为力传感器(可测绳子的拉力),P为内有砂子的小桶,M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板,不计绳子与滑轮间的摩擦.由静止释放小车A,可通过分析纸带求出小车的加速度. ‎ ‎(1)请指出图甲实验装置的安装中需要改进之处:　　　　　　　　　　　　　　　　. ‎ ‎(2)改进实验装置后再按上述方案做实验,是否需要满足砂桶和砂子的总质量远小于小车的质量?　　　　(填“需要”或“不需要”). ‎ ‎(3)已知交流电源的频率为50 Hz,某次实验得到的纸带如图乙所示,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　m/s2.(结果保留2位有效数字) ‎ ‎3.[2020广东惠州第一次调研,6分]用图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律.‎ ‎(1)为消除摩擦力的影响,实验前平衡摩擦力的具体操作为:取下　　　　　,把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节,直到轻推小车后,小车能沿木板做　　　　　运动. ‎ - 5 -‎ ‎(2)某次实验测得的数据如表所示,根据这些数据在图乙中描点并作出a-‎1‎m图线.利用a-‎1‎m图线求得合外力大小为　　　　　N(计算结果保留2位有效数字). ‎ ‎1‎m‎/kg-1‎ a/(m·s-2)‎ ‎4.0‎ ‎1.2‎ ‎3.6‎ ‎1.1‎ ‎2.0‎ ‎0.6‎ ‎1.4‎ ‎0.4‎ ‎1.0‎ ‎0.3‎ ‎4.[2020福建六校高三联考,10分]某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤.实验操作如下:‎ ‎①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;‎ ‎②在重锤1上加上质量为m的小钩码;‎ ‎③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止.释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;‎ ‎④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t.‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的　　　　(选填“偶然”或“系统”)误差. ‎ ‎(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了　　　　. ‎ A.使H测得更准确 B.使重锤1下落的时间长一些 C.使系统的总质量近似等于2M D.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 ‎(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差.现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?　. ‎ ‎(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0.用实验中的测量量和已知量表示g,得g=　　　　. ‎ ‎5.‎ - 5 -‎ ‎[2019江西临川一中模拟,6分]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,其中F=m2g,m=m1+m2(m1为小车及车内砝码的总质量,m2为桶及桶内砝码的总质量).具体做法是将小车从A处由静止释放,用速度传感器(图中未画出)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桶中,将小车仍从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A、B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作出了下列图象,其中正确的是　　　　　. ‎ ‎(3)下列措施能够减小本实验误差的是　　　　　. ‎ A.实验中必须保证桶及桶内砝码的总质量远小于小车及车内砝码的总质量 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A、B之间的距离x尽量小些 考点3　实验:探究加速度与力、质量的关系 ‎1.(1)0.40(1分)　1.0(1分)　 (2)木板与水平面的夹角θ(2分)　gsinθ-agcosθ(2分)‎ - 5 -‎ 解析:(1)根据做匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速度等于这段时间内中间时刻的瞬时速度得,木块0.4 s末的速度为v=‎0.30-0.14‎‎0.4‎ m/s=0.40 m/s;0.2 s末的速度为v'=‎0.32-0.24‎‎0.4‎ m/s=0.20 m/s;则木块的加速度a=ΔvΔt=1.0 m/s2.‎ ‎(2)选取木块为研究对象,由牛顿第二定律有mgsin θ-μmgcos θ=ma,解得μ=gsinθ-agcosθ,所以要测定动摩擦因数,还需要测出木板与水平面间的夹角θ.‎ ‎【一题多解】　在求解加速度时,还可以结合题图用Δx=aT2来计算,T=0.2 s,Δx=0.04 m,可得出加速度a=1.0 m/s2.‎ ‎2.(1)应将长木板左端适当垫高,以平衡摩擦力(2分)　(2)不需要(2分)　(3)3.2(2分)‎ 解析:(1)由于小车及纸带运动要受到摩擦阻力的作用,因此实验时应将长木板左端适当垫高,以平衡摩擦力.‎ ‎(2)由于绳子中接有力传感器,可以直接读出绳子的拉力,因此不需要满足砂桶和砂子的总质量远小于小车的质量.‎ ‎(3)利用逐差法可得小车的加速度a=3.2 m/s2.‎ ‎3.(1)砂桶(1分)　匀速直线(1分)　(2)如图所示(2分)　0.30 (0.28~0.32 均可)(2分)‎ 解析:(1)为消除摩擦力的影响,实验前平衡摩擦力的具体操作为:取下砂桶,把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节,直到轻推小车后,小车能沿木板做匀速直线运动.‎ ‎(2)用描点法画出的图象如答图所示,由a=Fm可知,在a-‎1‎m图象中,图线的斜率表示小车所受合外力,由图象可知其斜率为k=0.30,故所受合外力大小为0.30 N.‎ ‎4.(1)偶然(2分)　(2)B(2分)　(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落(3分)‎ ‎(4)‎2(2M+m+m‎0‎)Hmt‎2‎(3分)‎ 解析:(1)步骤④多次测量取平均值是为了减小偶然误差.‎ ‎(2)实验中,小钩码的重力实质上等于两重锤、小钩码和细绳组成的系统所受的合外力,实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,这样可以使重锤1下落的加速度小一些,根据H=‎1‎‎2‎at2可知,可以使重锤1下落的时间长一些,便于测量时间,选项B正确.‎ ‎(3)在重锤1上粘些橡皮泥,调整橡皮泥质量,直至轻拉重锤1能够观察到重锤1匀速下落.‎ ‎(4)对两个重锤、小钩码和橡皮泥组成的系统,由牛顿第二定律可得,mg=(2M+m+m0)a,重锤1下落,根据匀变速直线运动规律可得,H=‎1‎‎2‎at2,联立解得g=‎2(2M+m+m‎0‎)Hmt‎2‎.‎ - 5 -‎ ‎5.(1)v2=2ax(2分)　(2)A(2分)　(3)BC(2分)‎ 解析:(1)由题意知小车做初速度为零的匀加速直线运动,由匀变速直线运动位移公式得v2=2ax.‎ ‎(2)由(1)可知v2=2ax,又a=Fm,则v2=‎2xmF,当x、m一定时,v2与F成正比,故选A.‎ ‎(3)由(2)以及题意可知F=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所受的总重力,实验需要平衡摩擦力,还需要使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.‎ - 5 -‎