3.4 实验探究加速度与外力和质量的关系-【十年高考】备战2022年高考物理真题分类解析与应试策略（Word版）

第4节　实验:探究加速度与外力和质量的关系 考点 原型实验　 1.(2021·湖南,11,6分,难度★★★)某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下: 甲 乙 (1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图乙所示,h=　　　　 cm。  (2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平。 (3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度。 (4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a。 (5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表: n 1 2 3 4 5 6 a/(m·s-2) 0.087 0.180 0.260 0.425 0.519 根据表中数据在图丙上描点,绘制图线。 丙 如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是　　　　 m/s2(保留三位有效数字)。  答案(1)1.02　(5)如图所示　0.346 解析(1)该游标卡尺分度值为0.1 mm,则h=10.2 mm=1.02 cm。 (5)绘图如答案图所示。 mgsin θ=ma,sin θ= 解得a=·n 由所绘图像可得斜率k= m/s2 故a4=4k=0.346 m/s2 也可直接由所绘图线读出第4组数据。 2.(2020·浙江,17(1),4分,难度★)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是拓展方案,其实验操作步骤如下: (ⅰ)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑; (ⅱ)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a; (ⅲ)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。 图1 图2 ①实验获得如图2所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小vd=　　　　　 m/s(保留两位有效数字);  ②需要满足条件M≫m的方案是　　　　　(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作a-F图像时,把mg作为F值的是　　　　　(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。  答案①0.18~0.19　②甲　甲和乙 解析本题属于创新性问题,以教材实验为素材,创设学习探究类问题。①从刻度尺上读出ce间的距离为xce=0.037 m,则vd=≈0.19 m/s; ②因为甲方案m和M均做匀变速运动,用m的重力近似代替绳上拉力,需满足m≫M,而方案乙中取出的砝码的重力即为小车的合外力,所以不需要满足M≫m;两方案均是用mg作为F的值。 3.(2020·北京,15,9分,难度★★★)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究: (1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列说法正确的是　　　　(选填选项前的字母)。  A.小车质量相同,钩码质量不同 B.小车质量不同,钩码质量相同 C.小车质量不同,钩码质量不同 图1 (2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-图像。 次数 1 2 3 4 5 6 7 a/(m·s-2) 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15 M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 图2 图3 (3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是　　　　(选填选项前的字母)。  A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力 B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力 C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的总重力都等于绳的拉力 D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的总重力才近似等于绳的拉力 答案(1)B (2)如图所示 (3)如图所示　AD 解析(1)为了探究加速度与质量的关系,必须控制小车所受拉力相同,即钩码质量相同,而让小车的质量不同,故B正确。 (2)数据描点和a-图像如图所示 (3)对小车受力分析:竖直方向受向下的重力及桌面向上的支持力;水平方向受绳子向左的拉力及桌面向右的摩擦力。使小车沿倾角合适的斜面运动,小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力,则小车受力可等效为只受绳的拉力,故A正确;若斜