11-19年高考物理真题分专题汇编之专题75.探究加速度与物体质量、物体受力的关系.doc

1、 第第 75 节节 探究加速度与物体质量、物体受力的关系探究加速度与物体质量、物体受力的关系 1. 2013 年天津卷年天津卷 9 （2）某实验小组利用图示的装置探究加 速度与力、质量的关系。 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 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

2、量（填“远大于”、“远小于”或“近似等于”） 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 甲，乙，由图可知，m甲 m乙， 甲 乙。 （填“大于”、“小于”或“等于”） （2） 【答案】 AD 远小于 小于，大于 【解析】本题主要考查“验证牛顿第二定律”的实验。 选择 AD。 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，打点计时器要“早来晚

3、走”即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。 按照教材上的理论，若以砝码桶及砝码作为小木块的外力，则有 a=mg/ M ，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 mgT = ma，对小木块有 T = Ma. 综上有：小物块的实际的加速度为 a= mg /(M+m) mg/M ，只有当 mM 时，才能有效的保证实 验的准确性。 当没有平衡摩擦力时有：Tf =ma，故 a=T/mg ，即图线斜率为 1 /m ，纵轴截距的大小为 g 。观察图线可知 m甲小于 m乙，甲大于 乙 2. 2013

4、 年四川卷年四川卷 砝码筒 纸带 带滑轮的长木板 打点计时器 细绳 木块 接电源 a F 甲 乙 O 8 （2）如图 1 所示，某组同学借用“探究 a 与 F、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作， 进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验： 为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打 出的纸带判断小车是否做_运动。 连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图 2 所示的纸带。纸带上 O 为小车运动起始时刻所打 的点，选取时间间隔为 0. 1s 的相邻计数点 A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为 0. 2N，小 车的质量为 0.

5、2kg。 请计算小车所受合外力做的功 W 和小车动能的变化 Ek，补填表中空格（结果保留至小数点后第四 位） 。 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内 W=Ek，与理论推导结果一致。 实验前已测得托盘质量为 7.7 10 - 3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg （g 取 9.8m/s2，结果保留至小数点后第三位） 。 【答案】：匀速运动 0.1115, 0.1105, 0.015 【解析】：0.2 0.55750.1115WFsJJ; 2 OGOE F ss v T ， 2 2 1 Fk vmE 车 ，代入数据 得 Ek=0.1105J . mgFma,得 F m ga

6、， 逐差法求小车加速度 a=0.9856m/s2，即砝码与托盘 的加速度，m砝码=m-m盘，代入计算得 m砝码=0.015kg 3. 2014 年理综新课标卷年理综新课标卷 22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 200 g，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_(选填“线性”或“非线性”)关系 (2)由图(b)可知，a- m 图线不经过原点，可能的原因是_ O

7、-B O-C O-D O-E O-F W/J 0.0432 0. 0572 0. 0734 0. 0915 Ek/J 0.0430 0. 0570 0. 0734 0. 0907 砝码 托盘 图 1 小车 打点计时器 细绳 滑轮 垫片 纸带 55.75cm 21.60cm O 15.50cm A B C D E F G 36.70cm 45.75cm 66.77cm 图 2 28.61cm (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_ 【答

8、案】 （1）非线性（2）存在摩擦力（3）调整轨道倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车质量 【解析】 （1）根据图中描出的各点作出的图像是一条曲线而不是一条直线，故小车的加速度和钩码 的质量成非线性关系 （2）根据图（b）可知当钩码有一定质量，即细线有一定拉力时，小车加速度仍等于 0，说明小车 合力等于 0，原因是除了拉力外小车还受到摩擦力作用。 （3）实验改进部分有两个要求：第一个就是图像不过原点，需要平衡摩擦力，即要调整轨道倾斜 度；第二个就是图像不是直线，因为小车的合力即细线的拉力并不等于钩码的重力，只要满足钩码质量 远小于小车质量的条件下，就可以得出在小车质量不变的情况下拉力与加速度成正比的结

9、论。 4. 2011 年理综浙江卷年理综浙江卷 21 （10 分）在“探究加速度与力、质量的关系”实验时， 已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细 线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还须从下图中选取 实验器材，其名称是 _（漏选或全选得 零分） ；并分别写出所选器材的作用 _ 。 答：学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码或电火花计时器、钩码、砝码 学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器（电火花计时器）记录小车运动的位 置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还可以用于测量小车的质 量。 【解析】电磁打点计时器（电火花计时器）记录小车

10、运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量； 砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还可以用于测量小车的质量。如果选电磁打点计时器，则需要学 50 a/ms- 2 m/g 100 150 200 250 0 1 2 3 4 5 6 图（a） 位移传感器 (接收器) 位移传感器 (发射器) 轨道 小车 钩码 图（b） 生电源，如果选电火花计时器，则不需要学生电源。 5. 2012 年理综全国卷年理综全国卷 23.（11 分） 图 1 为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为 50Hz 的交流电源，打点的 时间间隔用t 表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力

11、一定的条件 下，物体的加速度与其质量间的关系” 。 （1）完成下列实验步骤中的填空： 平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整 木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出 一系列_的点。 按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在 小车中放入砝码。 打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量 m。 按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。 在每条纸带上清晰的部分，每 5 个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距 s1，s2，。求 出与不同 m 相对应的加速度 a。 以砝码的质量 m 为横坐标， a 1 为纵坐标，在坐标纸上作出m a 1 关系图线

12、。若加速度与小车和 砝码的总质量成反比，则 a 1 与 m 应成_关系（填“线性”或“非线性”） 。 （2）完成下列填空： （）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中 物块的质量之和应满足的条件是_。 （ ） 设纸 带上 三个 相邻计数点的间距为 s1、s2、s3。a 可用 s1、s3和t 表示为 a=_。图 2 为用米尺测量某一纸带上的 s1、s3的情况，由图可读出 s1=_mm， s3=_。由此求得加速度的大小 a=_m/s2。 （）图 3 为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为 k，在纵轴上的 截距为 b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_

13、，小车的质量为_。 【解析与答案】 （1）间距相等的点； 线性 （2） （i）远小于小车和小车中砝码的质量之和 (ii) 2 13 2 13 )(50)5(2t ss t ss a 小车 打点计时器 复写纸 小吊盘 图1 纸带 电源 木板 图2 S1 S2 S3 cm 2 1 4 3 6 5 8 7 9 11 10 O m a 1 图3 s1=36.6- 12.5=24.1mm s3=120- 72.7=47.3mm 2 2 3 m/s16. 1 )02. 05(2 10) 1 .243 .47( a (iii)设小车的质量为m，则有ammF) (，变形得 F m m Fa 11 ,所以m a

14、 1 图象的斜率为 k F 1 ，所以作用力 k F 1 ，m a 1 图象的截距为b F m ，所以 k b m 。 6. 2012 年理综安徽卷年理综安徽卷 21. .（10 分） 图 1 为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为 M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。 (1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细 线与长木板平行。 接下来还需要进行的一项操作是 A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打 点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大 小，使小车在砂和砂桶的牵引下运

15、动，从打出的纸带 判断小车是否做匀速运动。 B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给 打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀 速运动。 (2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 A. M=20g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B. M=200g, m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C. M=400g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D. M=400g,

16、m=20g 40g、60g、80g、100g、120g （3）图 2 是实验中得到的一条纸 带，A、B、C、D、E、F、G为 7 个相邻的计数点，相邻的两个计数点 之间还有四个点未画出。量出相邻的计 数点之间的距离分别为 AB s=4.22 cm、 BC s=4.65 cm、 CD s=5.08 cm、 DE s=5.49 cm、 EF s=5.91 cm、 FG s=6.34cm 。已知打点计时器的工作频率为 50 Hz，则小车的加速度a= m/s2 （结果保留 2 位有效数字） 。 答: (1) B 解析：操作目的是平衡摩擦力，所以应除去绳子的拉力，并有纸带和运动，处于匀速时，说明恰好 平

17、衡。 打点计时器 小车、砝码 砂、砂桶 接交流电源 图1 SAB SBC SCD SDE SEF SFG B D C A E F G 图2 答: (2) C 解析：当用砂桶和砂子的重力当做拉小车的力，则应该让砂桶和砂子的质量远小于小车的质量。 答: (3) 0.42 解析：依据题意得出 x1,x2,x3,x4,x5,x6,然后采用逐差法求加速度，取平均值，保留 2 位有效数字。 7.2016 年新课标年新课标卷卷 23 （10 分）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受 合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一 端与放在木板上

18、的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中 可用的钩码共有 N=5 个， 每个质量均为 0.010kg。 实验步骤如下： （1）将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适 当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。 （2）将 n（依次取 n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其 余 N-n 各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在 时刻 t 相对于其起始位置的位移 s，绘制 s-t 图像，经数据处理后可得到相应的加速度 a。 （3）对应于不同的 n 的 a 值见下表。n=2 时的 s-t 图像如图（b）所示：由图（b）求出此时

19、小车的 加速度（保留 2 位有效数字） ，将结果填入下表。 n 1 2 3 4 5 a/m s- 2 0. 20 0. 58 0. 78 1. 00 （4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出 a-n 图像。从图像可以看出：当物体质量一 定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。 （5）利用 an 图像求得小车（空载）的质量为_kg（保留 2 位有效数字，重力加速度取 g=9.8 m s2） 。 （6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1） ，下列说法正确的是_（填入正确选项钱的标号） Aan 图线不再是直线 Ban 图线仍是直线，但该直线不过原点 图（a） 长木板 0.20 0.40

20、0.60 0.80 1.00 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 t/s s/m 图(b) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 1 2 n a/ms- 2 图(c) 3 4 5 Can 图线仍是直线，但该直线的斜率变大 【答案】 （3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC 【解析】 试题分析： （3）因为小车做初速度为零的匀加速直线运动， 故将（2，0.78）代入 2 1 2 sat可得a=0.39m/s2 （4）根据描点法可得如图所示图线 （5）根据牛顿第二定律可得 (5)nmgn mM a，变形可得 (5)5 nmgnmg a Mn mMmnm ，如果绳子的拉力近 似等于砝码的重力，则必须满足Mm，故 5 mg an Mm ，故斜率 5 mg k Mm ，根据图像以及 m=0.010kg，可得 M=0.45kg. （6）因为如果不平衡摩擦力，则满足mafF-的形式，即 mM f n mM mg a 55 ，所以图线不 过原点，但仍是直线，选项 A 错误 B 正确；因为gnmmMf)5(，代入可得 gn mM mgmg mM f n mM mg a 555 ，故直线的斜率变大，故 C 正确。 答图 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 1 2 n a/ms- 2 3 4 5