2019高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律课时28实验：探究加速度与力、质量的关系加练半小时.docx

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谢谢聆听28 实验：探究加速度与力、质量的关系

[方法点拨](1)实验方法：控制变量法；(2)数据处理：图象法．

1．(2017·广东广州测试一)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1中a所示的装置来进行实验．在自制的双层架子上固定带有

刻度标记的水平木板，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，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在甲小车上逐渐增加砝码个数，重复步骤③.

图1

(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)实验前将装置右端稍稍垫高一些的目的是____________________________________________________________________________________________________________.

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谢谢聆听(3)某次拍到的照片如图b所示，则小车通过的位移是________ cm.

(4)如果以s2s1为横坐标，以甲车(含砝码)的质量为纵坐标，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

________．

2．为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图2甲所示的实验装置：

图2

(1)以下实验操作正确的是________

A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀

速运动

B．调节滑轮的高度，使细线与木板平行

C．先接通电源后释放小车

D．实验中小车的加速度越大越好

(2)在实验中，得到一条如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、

4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度a＝____ m/s2(结果保留两位有效数字)．

(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的

关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，

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谢谢聆听如图丙所示，图线________是在轨道倾斜情况下得到的(填“①”或“②”）；小车及

车中砝码的总质量m＝________ kg.

3．(2018·辽宁沈阳九中月考)用图3甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”．请思考并完成相关内容：

图3

(1)实验时，为平衡摩擦力，以下操作正确的是________．

A．连着砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板匀速运动

B．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板匀速运动

C．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车缓慢沿木板做直线运动

(2)图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点

计时器所用电源频率为50 Hz，由此可求出小车的加速度a＝________ m/s2(计

算结果保留三位有效数字)．

(3)一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F

的关系，得到如图丙中①所示的a－F图线．则小车运动时受到的摩擦力Ff＝

______ N，小车质量M＝________ kg.若该小组正确完成了步骤(1)，得到的a

－F图线应该是图丙中的________(填“②”“③”或“④”）．

4．某探究性学习小组利用如图4所示装置探究光滑斜面上物体的加速度与物体

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谢谢聆听质量及斜面倾角的关系．

图4

(1)下列实验方法，可以采用________．

A．等效法B．控制变量法

C．放大法D．累积法

(2)实验中，通过向小车放入钩码来改变小车质量，只要测出小车从长为L的斜面顶端从静止开始滑至底端的时间t，就可以由公式a＝________________求

出加速度．

(3)实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板的倾角，由于没有量角器，因

此通过测量出长木板顶端到水平面的高度h，求出倾角α的正弦值sin α＝hL.某同

学记录了高度和加速度的对应值，并在坐标纸上建立适当的坐标系后描点作图如

图5，请根据他所作的图线求出当地的重力加速度g＝________ m/s2.

图5

5．为了探究加速度与力的关系，某同学设计了如图6所示的实验装置，一端带有定滑轮的长木板水平放置，长木板上安装两个相距为d的光电门；放在长木板

上的滑块通过绕过定滑轮的细线与力传感器相连，力传感器下挂一重物．拉滑块

的细线的拉力大小F等于力传感器的示数．让滑块从光电门1处由静止释放，

运动一段时间t后，经过光电门2.改变重物质量，重复以上操作，得到下表中的5

组数据．(取g＝10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

图6

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谢谢聆听次数a/(m·ｓ－2)F/N 11.00.76 22.00.99 33.01.23 44.01.50 55.01.76

(1)若测得两光电门之间距离d＝0.5 m，运动时间t＝0.5 s，则滑块的加速度a

＝________m/s2.

(2)依据表中数据在图7中画出a－F图象．

图7

(3)根据图象可得滑块的质量m＝________kg，滑块和长木板间的动摩擦因数μ＝________.

6．(2018·四川成都模拟)如图8甲所示，一端带有定滑轮的长木板放置在水平桌面上，靠近长木板的左端固定有一光电门，右端放置一带有挡光片的小车，小车

和挡光片的总质量为M，细线绕过定滑轮，一端与小车相连，另一端挂有6个

钩码，已知每个钩码的质量为m，且M＝4m.

图8

(1)用游标卡尺测出小车上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则挡光片宽度d＝________ cm.

(2)实验时为了消除摩擦力的影响，可以把木板右端适当垫高，调节木板的倾斜

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直线运动．

(3)将小车从木板右端由静止释放，小车上的挡光片通过光电门的时间为t1，则

小车通过光电门的速度为______(用题给字母表示)．

(4)开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，由静止释放小车后细线上的拉力为

F1，接着每次实验时将1个钩码移放到小车上，当细线挂有3个钩码时细线上的

拉力为F2，则F1________2F2(填“大于”“等于”或“小于”）．

图9

(5)若每次移动钩码后都从同一位置释放小车，设挡光片(宽度为d，且d?L)与光

电门的距离为L，细线所挂钩码的个数为n，测出每次挡光片通过光电门的时间

为t，测出多组数据，并绘出n－1t2图象如图9所示，已知图线斜率为k，则当地

重力加速度为______(用题给字母表示)．

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谢谢聆听答案精析

1．(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0.2 kg

2．(1)BC(2)0.34(3)①0.5

解析(1)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让小车重

力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力．所以平衡时应为：将不带滑轮的木板一

端适当垫高，在不连砝码及砝码盘的情况下使小车恰好做匀速运动，故A错误；

为了使绳子拉力代替小车受到的合力，需要调节滑轮的高度，使细线与木板平行，

故B正确；

使用打点计时器时，先接通电源后释放小车，故C正确；

实验中小车的加速度不是越大越好，加速度太大，纸带打的点太少，不利于计算，

故D错误．

(2)由匀变速直线运动的规律得：

x4－x1＝3aT2

x5－x2＝3aT2

x6－x3＝3aT2

联立得：(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝9aT2

解得：a＝x6＋x5＋x4－x3－x2－x19T2＝

4.77＋4.44＋4.10－3.77－3.43－3.099×0.12×10－2 m/s2≈0.34 m/s2.

(3)由题图丙可知，当F＝0时，a≠0.也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端

垫得过高．所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．根据F＝ma

得a－F图象的斜率k＝1m，由题图a－F图象得图象斜率k＝2，所以m＝0.5 kg.

3．(1)B(2)1.60(3)0.100.20②

解析(1)在平衡摩擦力时，应使小车所受重力沿木板斜面方向的分力等于小车

所受摩擦力，所以应该取下砂桶，轻推小车后，小车能匀速下滑，B项正确．

(2)将所得纸带分为等时的两大段，由逐差公式Δx＝aT2可知，

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a＝10.60＋12.22＋13.815.79＋7.41＋9.029×0.12cm/s2≈1.60 m/s2.

(3)木板水平时，由牛顿第二定律F－Ff＝Ma得a＝1MF－FfM，

结合题图图象可知，a＝0时，Ff＝F＝0.10 N；当F＝0时，－FfM＝

－0.50 m/s2，所以M＝0.20 kg.无论是否平衡摩擦力，a－F图线的斜率都等于

小车质量的倒数，故正确完成实验步骤(1)所得到的实验图线应过原点且与图线

①平行，所以应是图线②.

4．(1)B(2)2Lt2(3)9.6

解析(1)要探究光滑斜面上物体的加速度与物体质量及斜面倾角的关系，由于

有两个变量，可采用控制变量法，B正确．

(2)小车在光滑斜面上做初速度为零的匀加速运动，由L＝12at2可得a＝2Lt2.

(3)小车在光滑斜面上运动时，其加速度a＝gsinα，a－sin α图象的斜率表示重

力加速度，得g＝9.6 m/s2.

5．(1)4.0(2)见解析图(3)0.250.2

解析(1)根据运动学公式d＝12at2得，

a＝2dt2＝2×0.50.25m/s2＝4.0 m/s2.

(2)如图所示

(3)根据F－μmg＝ma得a＝Fm－μｇ，所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的

关系图象的斜率等于滑块质量的倒数．

由图象得加速度a和所受拉力F的关系图象的斜率k＝4，所以滑块的质量m＝