第3章 微练11 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(教用Word)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习

微练11　实验4:探究加速度与物体受力、物体质量的关系

　

1.(2024·浙江卷)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是 B (填选项字母)。 

A.放大法　　B.控制变量法　　C.补偿法

(2)该实验过程中操作正确的是 B (填选项字母)。 

A.补偿阻力时小车未连接纸带

B.先接通打点计时器电源，后释放小车

C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行

(3)在小车质量 远大于 (填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为 系统误差 (填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差，下列可行的方案是 C (填选项字母)。 

A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车

B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器

C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小

(4)经正确操作后获得一条如图乙所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、x1、…、x6。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式v=  ；小车加速度的表达式是 A (填选项字母)。 

A.a=　　　        B.a=                   C.a=

解析　(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法，B项正确。

(2)补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，A项错误；由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，B项正确；为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与长木板平行，C项错误。

(3)设小车质量为M，槽码质量为m。对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有F=Ma，mg-F=ma，联立解得F=，由上式可知在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差是由于实验方法或原理不完善造成的，属于系统误差。该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与木板间存在阻力(实验中已经补偿了阻力)或是速度测量精度低造成的，为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小，C项正确。

(4)相邻两计数点间的时间间隔为t=5T，打计数点5时小车速度的表达式为v==，根据逐差法可得小车加速度的表达式是a==，A项正确。

2.如图甲所示，这是某实验小组“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。他们调整长木板和滑轮，使长木板水平且细线平行于长木板；在砝码盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，多次改变砝码盘中砝码的质量，记录力传感器的示数F，利用纸带上的数据求出物块的加速度大小a。

(1)实验时，砝码盘及砝码的总质量 不需要 (填“需要”或“不需要”)远小于物块的质量。 

(2)某次实验时得到的纸带如图乙所示，已知打点计时器所接电源的频率为50 Hz，纸带上相邻两计数点间还有四个计时点没有画出，根据纸带数据可求出该次实验物块的加速度大小a= 1.97 m/s2。 

(3)某同学记录多组实验数据后，以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，如图丙所示，造成该图线不过坐标原点的原因是 实验前未平衡物块受到的摩擦力(或平衡摩擦力不足) ，若计算出该图线的斜率为k，已知力传感器的质量为m0，则物块的质量m= -m0(也可) (用m0、k表示)。 

解析　(1)由于力传感器可直接测出细线对物块的拉力，不需要将砝码盘及砝码所受的总重力近似为细线上的拉力，因此砝码盘及砝码的总质量不需要远小于物块的质量。

(2)纸带上相邻两计数点间还有四个计时点没有画出，则相邻计数点的时间间隔为T=5×=0.1 s，根据逐差法可得，加速度大小为a==×10-2 m/s2=1.97 m/s2。

(3)该图线与横轴有截距，说明细线上的拉力达到一定大小后物块才有加速度，可知其原因是实验前未平衡物块受到的摩擦力(或平衡摩擦力不足)。由牛顿第二定律有F-f=(m+m0)a，整理得a=F-，a-F图线的斜率k=，物块的质量为m=-m0。

3.图甲为“探究加速度与物体受力、质量之间的关系”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。

甲

(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车和砝码所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来需要进行的一项操作是 B (填选项字母)。 

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，调节砂和砂桶总质量的大小，使小车在细线的牵引下运动，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