课后跟踪训练(17) 探究加速度与力、质量的关系（Word练习）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

课后跟踪训练(17)　探究加速度与力、质量的关系 基础巩固练 1．(2024·辽宁鞍山模拟)如图甲所示，在“探究加速度与物体受力关系”的实验中，垫高长木板的一端，调节斜面倾角大小，小车前端不挂砂桶，没有拉力作用时，小车匀速下滑。 (1)小车平衡摩擦力后，为使桶和砂的总重力约等于小车的合外力，应该满足的条件是____________________________________。 (2)保持小车质量一定，细线的一端系在小车上，另一端系一砂桶，细线跨过滑轮，小车在拉力作用下做匀加速运动，分别测得不同拉力时小车加速度a的数据如表所示。其中F＝0.15 N时得到如图乙所示的纸带，测量A、B、C三点的坐标分别为xA＝0、xB＝5.09 cm、xC＝10.78 cm；已知相邻计数点之间的时间间隔是0.1 s，则小车加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字)。 F/N 0.10 0.15 0.18 0.22 0.25 a/(m·s－2) 0.39 0.72 0.88 0.98 (3)请根据多次实验的数据描点，在图丙中规范作出a-F图像。 丙 (4)通过观察和分析a-F图像，可以得出小车的质量为________kg(保留2位有效数字)。 答案：(1)砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 (2)0.60　(3)如图所示　(4)0.25 解析：(1)以小车(质量M)、砂和砂桶(质量m)整体为研究对象，根据牛顿第二定律有mg＝(M＋m)a，以小车为研究对象可得F＝Ma，求得F＝mg＝mg<mg。可以看出，当m≪M时，F≈mg，故应使砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，这样就可以用砂和砂桶的重力近似表示细线的拉力，即近似表示小车所受的合外力。 (2)由Δx＝aT2代入数据可得 a＝ m/s2＝0.60 m/s2。 (4)图线斜率的倒数表示小车质量，则M＝＝ kg＝0.25 kg。 2．(2024·上海嘉定区模拟)用如图所示的装置验证牛顿第二定律。 (1)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂砂桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做________运动。 (2)实验中打出的一条纸带的一部分如图所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝________m/s。多测几个点的速度作出v-t图像，就可以算出小车的加速度。 (3)在研究加速度与质量的关系时，要保证砂和砂桶的质量不变。若砂和砂桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第(3)问中的条件，由实验数据作出a和的图线，则图线应如图中的________所示(填正确选项的字母)。 答案：(1)匀速直线　(2)0.44　(3)C 解析：(1)补偿阻力是使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 (2)由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度，可得 vB＝＝ m/s＝0.44 m/s。 (3)在研究加速度与质量的关系时，由于补偿了阻力，所以图像过原点，且分别对小车和砂桶及砂受力分析，由牛顿第二定律可得mg－FT＝ma，FT＝Ma，联立解得mg＝(M＋m)a，整理解得a＝，因为保证了砂和砂桶的质量不变，所以由实验数据作出a的图线不会发生弯曲，C正确。 综合提升练 3．(2024·湖北宜昌模拟)在某次探究加速度与力、质量的关系的实验中，甲、乙、丙、丁四名同学分别设计了如图所示的实验装置，小车总质量用M表示，重物质量用m表示。 (1)为便于测量合力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合力成正比的结论，下列说法正确的是________；(填选项前的字母) A．四组实验中只有甲同学需要补偿阻力 B．四组实验都需要补偿阻力 C．四组实验中只有甲同学需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件 D．四组实验都需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件 (2)按甲同学的设计装置完成实验，并根据实验得到的数据，画出小车的a-图像如图所示，从图像中可以得出，当小车的质量为0.5 kg时，它的加速度大小为________m/s2； (3)若乙、丙、丁三名同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为a，则乙、丙、丁三名同学实验时所用小车总质量之比为________。 答案：(1)BC　(2)1　(3)2∶1∶1 解析：(1)四组实验中长木板都是水平放置，都需要补偿阻力，A错误，B正确；四组实验中，乙、丁同学都能用弹簧测力计测量绳的拉力，丙同学用力传感器测量绳的拉力，只有甲同学不能测量绳的拉力，用重物的重力替代绳的拉力，需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件，C正确，D错误。 (2)根据牛顿第二定律得a＝F·，根据题图得F＝ N＝0.5 N，当小车的质量为0.5 kg时，它的加速度大小为a＝＝ m/s2＝1 m/s2。 (3)乙、丙、丁三名同学实验时所用小车总质量之比为M乙∶M丙∶M丁＝∶∶＝2∶1∶1。 4．(2021·福建卷)某实验小组利用图甲所示的实验装置探究空气阻力与速度的关系，实验过程如下： (1)首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上，然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。 (2)用垫块将木板离定滑轮较远的一端垫高，调整垫块位置，平衡小车所受摩擦力及其他阻力。若某次调整过程中打出的纸带如图乙所示(纸带上的点由左至右依次打出)，则垫块应该__________(填“往左移”“往右移”或“固定不动”)。 (3)在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端。 (4)把小车靠近打点计时器，接通电源，将小车由静止释放。小车拖动纸带下滑，打出的纸带的一部分如图丙所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻计数点之间还有4个打出的点未画出。请问打出F点时小车的速度大小为________m/s(保留2位小数)。 (5)保持小车和钩码的质量不变，在小车上安装一块薄板。实验近似得到的某时刻起小车的v-t图像如图丁所示，由图像可知小车加速度的大小__________(填“逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”)。据此可以得到的实验结论是____________________________。 答案：(2)往右移　(4)0.15　(5)逐渐变小　空气阻力随速度的增大而增大 解析：(2)由题图乙可知从左往右点迹的间距逐渐增大，说明小车做加速运动，即平衡摩擦力过度，应减小木板的倾角，即将垫块往右移。 (4)打F点时小车的速度大小等于E、G两点之间小车的平均速度大小，即 vF＝＝ m/s≈0.15 m/s。 (5)v-t图像的斜率表示加速度，所以由图像可知小车加速度的大小逐渐变小。小车的加速度随速度的增大而变小，根据牛顿第二定律可知小车和钩码组成的系统所受合外力F随速度的增大而变小，装上薄板后，设小车所受空气阻力大小为f，则F＝mg－f，而钩码重力mg不变，故由此得到的结论是空气阻力随速度的增大而增大。 5．(2024·山东济南模拟)某同学利用气垫导轨、光电门和力传感器等器材，做“探究加速度与物体所受合外力关系”的实验，装置如图甲所示。 (1)实验前先用螺旋测微器测出遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________mm； (2)关于实验，下列说法正确的是________； A．调整旋钮P、Q，使气垫导轨水平 B．调节定滑轮，使连接滑块的细线与气垫导轨平行 C．每次实验，保证钩码的质量远小于滑块的质量 D．每次实验，将钩码的重力作为滑块受到的合外力 (3)调节好装置，接通气源，从图甲所示位置由静止释放滑块，滑块通过光电门1、2时遮光条遮光时间分别为t1、t2，测出两光电门间距离为x，则滑块运动的加速度大小a＝______________(用所测物理量的符号表示)； (4)改变悬挂钩码的质量，进行多次实验，测出多组滑块运动的加速度a及力传感器的示数F，若作出的图像如图丙所示，则图像不过原点的原因可能是________________________。(写出一条即可) 答案：(1)1.200　(2)AB　(3)(－)　(4)气垫导轨不水平，左端偏高(或右端偏低) 解析：(1)螺旋测微器的示数为d＝1 mm＋0.01 mm×20.0＝1.200 mm。 (2)实验中细线的拉力大小等于滑块所受的合外力，所以需要细线与导轨均水平，A、B正确；由于实验中有力传感器直接测出细线上的拉力，因此不需要满足每次实验钩码的质量远小于滑块的质量，同时也不需要将钩码的重力作为滑块受到的合外力，C、D错误。 (3)滑块经过两光电门时的速度大小分别为v1＝，v2＝，又有v22－v12＝2ax，解得a＝(－)。 (4)若作出的图像如题图丙所示，说明气垫导轨不水平，左端偏高(或右端偏低)。 学科网（北京）股份有限公司 $$