实验4 探究加速度与力、质量的关系(Word练习)-【精讲精练】2026年高考物理一轮复习（人教版）

[对应学生用书第373页] 1．如图甲所示，某学习小组利用气垫导轨、位移传感器和滑块等器材做验证牛顿第二定律的实验。首先将位移传感器固定在气垫导轨左端，把气垫导轨右端垫起一定高度，测量气垫导轨的长度L和右端垫起的高度H；将质量为M的滑块从气垫导轨顶端由静止释放，传感器采集数据，经计算机处理后得到滑块的位移与时间的比值随时间t变化的图像如图乙所示。据此回答下列问题。 (1)某次实验得到的­t图线如图乙所示，从图线可得滑块下滑的加速度大小a＝________ m/s2(结果保留两位有效数字)。 (2)通过改变________________，可验证当滑块质量一定时，加速度与力成正比。 (3)换用质量M不同的滑块，调节气垫导轨右端垫起的高度H，保持________(用M、H表示)不变时，可验证力一定时，加速度与滑块的质量成反比。 解析　(1)滑块由静止匀加速下滑x＝at2，可得＝at，则滑块下滑的加速度大小a＝2.0 m/s2。 (2)当滑块质量一定时，可以通过改变气垫导轨右端垫起的高度H，来改变滑块沿导轨方向的重力的分量，即合力的大小，探究加速度与力的关系。 (3)由于滑块下滑加速的力是由重力沿导轨向下的分力提供，所以要保证重力沿导轨向下的分力不变，应该使Mg不变，所以应该调节滑块的质量及导轨右端垫起的高度，保持MH不变。 答案　(1)2.0　(2)气垫导轨右端垫起的高度H　(3)MH 2．(2024·浙江湖州模拟)图甲为“探究加速度与力、质量的关系”实验的简化装置，图乙是实验测量得到的纸带。 其实验操作步骤如下： (ⅰ)挂上托盘和砝码，调节木板的倾角，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，通过作图可得到小车加速度a与合外力F的关系。 回答以下问题： (1)纸带1是步骤(ⅰ)中打出的纸带，由此可以判断________。 A．调节后木板的倾角过小 B．调节后木板的倾角过大 C．调节后木板的倾角适中 (2)打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，可读出纸带2计数点3处的读数为________ cm，打下该点时小车的速度为________ m/s。(计算结果保留两位有效数字) (3)下列有关该实验的说法正确的是________(多选，填字母)。 A．实验中需要满足小车质量M远大于托盘和砝码的总质量m B．实验在作a­F图像时，把mg作为F值 C．改变砝码质量再次实验时，斜面倾角需要重新进行调整 解析　(1)纸带1上的点间距是均匀的，说明小车打纸带1时是做匀速直线运动，故可以判断调节后木板的倾角适中，故选C。 (2)纸带2计数点3处的读数为6.55 cm；由纸带2可知，相邻计数点的时间为 T＝3× s＝ s，根据匀变速直线运动的推论可知，打下计数点3时小车的速度为 v3＝，代入数据解得v3＝0.40 m/s。 (3)实验过程中挂上托盘和砝码，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，然后去掉托盘和砝码，则小车下滑过程中的合外力就等于托盘和砝码的重力，不需要满足小车质量M远大于托盘和砝码的总质量m，故A错误；由选项A知小车做匀加速直线运动的合力就等于托盘和砝码的重力mg，故实验在作a­F图像时，把mg作为F值，故B正确；改变砝码质量再次实验，则改变了小车所受的合力，即改变了小车的重力沿斜面向下的分力与小车所受沿斜面向上滑动摩擦力的合力，故斜面倾角需要重新进行调整，故C正确。 答案　(1)C　(2)6.55 cm(6.50～6.60 cm均可) 0．40(0.39～0.41 m/s均可)　(3)BC 3．某实验小组利用如图甲所示装置探究“加速度与物体受力的关系”，打点计时器所接的交流电源的频率为50 Hz，定滑轮质量不计。 回答以下问题： (1)对该实验，下列说法正确的有________(填字母)。 A．用秒表测出小车运动的时间 B．测力计的读数为钩码重力的一半 C．钩码的质量不需要远小于小车的质量 D．与定滑轮及弹簧测力计相连的细线要竖直 (2)实验中打出的一条纸带如图乙所示，图中相邻两计数点间还有4个点未画出，由此可求得小车的加速度a＝________ m/s2。(结果保留两位小数) (3)若交流电的实际频率大于50 Hz，则(2)中a的计算结果与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (4)若实验中让长木板水平放置，没有补偿阻力，其余操作正确，以测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到如图丙所示的一条倾斜直线，已知直线斜率为k，截距为b，重力加速度为g，忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦，则小车的质量为m＝________，小车和木板间的动摩擦因数μ＝________。 解析　(1)打点计时器本身就可以计时，不需要用秒表，故A错误；钩码本身也有加速度，测力计的读数小于钩码重力的一半，故B错误；小车受到的合外力可以由弹簧测力计测得，不需要用钩码重力代替小车的合外力，故钩码的质量不需要远小于小车的质量，故C正确；定滑轮及弹簧测力计相连的细线不需要竖直，弹簧测力计示数与细线拉力相同即可，故D错误。 (2)相邻两计数点间还有4个点未画出，则相邻计数点时间间隔为T＝0.1 s，根据逐差法a＝＝ m/s2＝6.03 m/s2。 (3)若交流电的实际频率大于50 Hz，则相邻计数点实际时间间隔小于0.1 s，根据(2)计算过程可知，实际的加速度大于计算结果，即计算结果与实际值相比偏小。 (4)根据牛顿第二定律F－μmg＝ma，F＝ma＋μmg，则m＝k，μmg＝b，μ＝。 答案　(1)C　(2)6.03　(3)偏小　(4)k　 4．甲、乙两同学均设计了测量动摩擦因数的实验。已知重力加速度为g。 回答以下问题： (1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中A为置于水平面上的质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计，连接弹簧的细绳水平。实验时用力拉动A，当C的示数稳定后(B仍在A上)，读出其示数F，则该设计能测出__________(选填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，且μ＝________。 (2)乙同学设计的实验装置如图乙所示。他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面上，物块与滑轮间的细绳水平。实验时，多次改变沙桶中沙的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t；在坐标系中作出的F­图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b。因乙同学不能测出物块质量，故该同学还应该测出的物理量为________________________(填所测物理量及其符号)。根据所测物理量及图线信息，可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为μ＝________。 解析　(1)当A达到稳定状态时B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，即Ff＝F， B对木块A的压力大小FN＝GB＝mg， 由Ff＝μFN得，动摩擦因数μ＝＝。 (2)F－μmg＝ma，x＝at2，得F＝2mx＋μmg，结合图像可得b＝μmg，k＝2mx，解得μ＝，即还需要测量光电门A、B之间的距离x。 答案　(1)A与B　 (2)光电门A、B之间的距离x　 学科网（北京）股份有限公司 $$