2017届高三物理一轮复习实验四探究加速度与力质量的关系

第三章牛顿运动定律实验四探究加速度与力、质量的关系考纲解读学会用控制变量法研究物理规律.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律.知识梳理考点一考点二考点三知识梳理合外力质量a－F打点计时器低压交流电源米尺【基本实验要求】答案知识梳理牵引力匀速下滑接通电源放开小车答案知识梳理1.注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.(2)不重复平衡摩擦力.(3)实验条件：.(4)一先一后一按:改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.小车和纸带受到的阻力m≫m′打点计时器【规律方法总结】答案知识梳理返回考点一实验原理与实验操作1.如图所示，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.(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.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不需要解析答案2134考点一实验原理与实验操作2.利用如图所示装置可以做力学中的许多实验.(1)以下说法正确的是()A.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响B.用此装置“研究匀变速直线运动”时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量C.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响D.用此装置“探究加速度a与力F的关系”应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是()A.交流220VB.直流220VC.交流4～6VD.直流4～6VCDA答案2134考点一实验原理与实验操作(3)在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图.已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为_______m/s.(结果保留2位有效数字)2.10cm0.53解析答案2134考点一实验原理与实验操作3.(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是______________.(2)某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是______________.b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_____________.控制变量法平衡摩擦力砂桶的重力答案2134考点一实验原理与实验操作B答案2134考点一实验原理与实验操作4.某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系.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AD答案2134考点一实验原理与实验操作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.(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)远小于解析答案2134考点一实验原理与实验操作③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图所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.(选填“大于”、“小于”或“等于”)小于大于返回解析答案2134考点二数据处理及误差分析5.用如图所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验.实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度.(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是______________________________.平衡小车运动中所受的摩擦阻力答案56考点二数据处理及误差分析(2)图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示.已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)1.0解析答案56考点二数据处理及误差分析(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出a－F关系图象，如图所示.此图象的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是_____.(选填下列选项的序号)A.小车与平面轨道之间存在摩擦B.平面轨道倾斜角度过大C.所挂钩码的总质量过大D.所用小车的质量过大解析F′＝Ma，mg－F′＝ma即F′＝MM＋m·mga＝1M＋m·mg＝1M＋mF所以当细绳的张力F变大时，m必定变大，1M＋m必定减小.C解析答案56考点二数据处理及误差分析6.某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下.(1)图甲所示为实验装置图.图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1s，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字).0.43解析答案56考点二数据处理及误差分析(2)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量.根据实验数据做出了加速度a随拉力F的变化图线，如图所示.图中直线没有通过原点，其主要原因是________________________________________.实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)摩擦力解析答案56考点二数据处理及误差分析实验次数12345678小车加速度a/(m·s－2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.674.003.453.032.502.001.411.000.60图线为过原点的直线，表明在合外力一定时，加速度跟质量成反比返回答案56考点三实验拓展与创新7.某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离.(1)物块下滑时的加速度a＝_______m/s2，打C点时物块的速度v＝_______m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_____(填正确答案标号).A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角3.251.79C解析答案8791011考点三实验拓展与创新8.为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录.滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答案(1)将滑块自由放在导轨上，并轻推滑块，看其能否做匀速直线运动.答案8791011考点三实验拓展与创新(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是()A.m1＝5gB.m2＝15gC.m3＝40gD.m4＝400g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为__________________(用Δt1、Δt2、D、s表示)解析(3)根据遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替得通过第一个光电门的速度v1＝DΔt1通过第二个光电门的速度v2＝DΔt2则加速度a＝v22－v212s＝D22s(1Δt22－1Δt21)a＝D22s(1Δt22－1Δt21)D解析答案8791011考点三实验拓展与创新9.某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系.非线性解析答案8791011考点三实验拓展与创新(2)由图(b)可知，a—m图线不经过原点，可能的原因是_____________.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_______________________________________，钩码的质量应满足的条件是________________________.远小于小车的质量存在摩擦力调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力答案8791011考点三实验拓展与创新10.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧测力计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测力计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外，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数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，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t.(1)木板的加速度可以用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)_________________________________________.保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值答案8791011考点三实验拓展与创新(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数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经，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bcc摩擦力逐渐增加水的质量，将不再满足FT≈F1，而是FT＜F1，将导致小车加速度实际值较理论值偏小解析答案8791011考点三实验拓展与创新11.某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示.已知小车质量M＝214.6g，砝码盘质量m0＝7.8g，所使用的打点计时器交流电频率f＝50Hz.其实验步骤是：A.按图中所示安装好实验装置；B.调节长木板的倾角