第3章 实验4 探究加速度与力、质量的关系(Word练习)-【高考快车道】2026年高考物理大一轮总复习

实验四　探究加速度与力、质量的关系 1.在探究加速度a与所受合力F的关系时，某实验小组采用图甲所示的实验装置进行实验探究，控制小车质量M不变，寻找其加速度a与所受合力F的关系。 （1）该实验必须要补偿阻力。在补偿阻力的这步操作中，该同学　　　　（选填“需要”或“不需要”）通过细绳把沙桶挂在小车上。 （2）在实验中，该同学得到了一条如图乙所示的纸带，他每隔4个点取一计数点，在纸带上做好1、2、3、4、5的标记，用毫米刻度尺测量出从起点1到各计数点的距离，在图中已经标出。已知电火花计时器的打点周期为0.02 s，则该小车运动的加速度大小为　　　　m/s2（计算结果保留2位有效数字）。 （3）在数据处理环节，把沙和沙桶的总重力当成小车受的合力F，采用图像法处理数据，画出如图丙所示a-F图像，发现图线上端弯曲，并不是直线，出现这一问题的可能原因是　　　　　　　　　　　　　。 （4）关于本实验存在的误差，以下说法正确的是　　　　。 A.在用刻度尺测量出从起点到各计数点的距离时，存在偶然误差，可以减小 B.把沙和沙桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差，可以消除 C.实验中用图像法处理数据不仅可以减小系统误差，还能直观的得出a与F的关系 2.某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 （1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要　　　　　　　、　　　　。 （2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的a-关系图线如图乙所示。由图可分析得出：加速度与质量成　　　（选填“正比”或“反比”）关系；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角　　　（选填“过大”或“过小”）。 （3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图丙所示。图线　　　　（选填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量M＝　　　　kg。 3.学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证牛顿第二定律，并测量当地的重力加速度。绕过定滑轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A（由多个相同的小物块叠放组成）和重物B。主要实验步骤如下： ①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m； ②将A中的小物块取下一个放在B上，接通打点计时器的电源后，由静止释放B，取下纸带，算出加速度大小，并记下放在B上的小物块的质量； ③重复步骤②，获得B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多组数据。 （1）某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点间还有四个计时点未画出，已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则本次实验中A的加速度大小为　　　　m/s2（结果保留3位有效数字）。 （2）利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范围内，满足重物A的加速度大小a＝　　　　（用m、Δm和当地的重力加速度大小g表示），则牛顿第二定律得到验证。 （3）利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多组数据，以Δm为横坐标，a为纵坐标作出a-Δm图像。若图线的斜率为k，则当地的重力加速度大小可表示为g＝　　　　（用k、m表示）。 4.（2025·山东济南模拟）利用手机内置加速度传感器可实时显示手机加速度的数值。小明通过智能手机探究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲所示，已知当地重力加速度为g。 （1）突然剪断细绳，通过手机软件记录竖直方向加速度a随时间变化的图像如图乙所示，剪断细绳瞬间手机的加速度对应图中的　　　　（选填“A”“B”或“C”）点； （2）剪断细绳瞬间，手机受到的合力大小F等于（　　） A.砝码的重力大小 B.小桶和砝码的重力大小 C.手机的重力大小 D.弹簧对手机的拉力大小 （3）如图丙所示，某同学在处理数据时，以剪断细绳瞬间手机竖直方向上的加速度a为纵坐标，砝码质量m为横坐标，绘制a-m图像，获得一条斜率为k，截距为b的直线，则可推算出手机的质量为　　　　（选用k、b、g表示）。 5.（2025·浙江杭州模拟）在探究“物体质量一定时，加速度与力的关系”实验中，小张同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了力传感器来测量细线拉力。 （1）实验时，下列说法正确的是　　　　； A.需要用天平测出沙和沙桶的总质量 B.小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车 C.选用电火花计时器比选用电磁打点计时器实验误差会更小 D.为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量 （2）实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，已知A、B、C、D各点到O点的距离分别是3.60 cm，9.61 cm，18.01 cm，28.81 cm，由以上数据可知，小车运动的加速度大小是　　　　m/s2（计算结果保留3位有效数字）； （3）由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示，则小车运动过程中所受的阻力Ff＝　　　　N，小车的质量M＝　　　　kg。（结果保留2位有效数字） 实验四　探究加速度与力、质量的关系 1.（1）不需要　（2）0.39　（3）小车质量没有远远大于沙和沙桶的总质量　（4）AB 解析：（1）该实验在补偿阻力这步操作中，不需要通过细绳把沙桶挂在小车上。 （2）相邻的两计数点之间还有4个点未画出，则 T＝0.02×5 s＝0.1 s 根据Δx＝aT2 可得该小车运动的加速度大小为a＝＝ m/s2≈0.39 m/s2。 （3）图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有远远大于沙和沙桶的总质量。 （4）在题图乙中，每个测量数据均存在偶然误差，通过多次测量的方式可以减小误差，A正确；因沙和沙桶加速下降，处于失重状态，则细绳的拉力小于沙和沙桶的总重力，即把沙和沙桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差，可以将沙和沙桶以及小车看成一个整体研究，这样可以避免该系统误差，B正确；实验中用图像法处理数据可以减小偶然误差，不能直观的得出a与F的关系，C错误。 2.（1）天平　刻度尺　（2）反比　过大　（3）①　0.5 解析：（1）实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘的质量，实验中还需要测量小车和车上砝码总质量，所以还需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。 （2）a-图像是一条倾斜直线，加速度a与质量M成反比；图像在a轴上有截距，这是平衡摩擦力时长木板的倾角过大造成的。 （3）由题图丙中图线①可知，当F＝0时，a≠0，即细绳上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在轨道倾斜情况下得到的。轨道水平时，有F－μMg＝Ma，即a＝F－μg，则a-F图像的斜率k＝，由a-F图像得图像斜率k＝2 kg－1，所以M＝0.5 kg。 3.（1）0.810　（2）　（3）km 解析：（1）根据题意可知，交流电源的频率为50 Hz，相邻两计数点间还有四个计时点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，由逐差法可得A的加速度大小 a＝ m/s2＝0.810 m/s2。 （2）根据牛顿第二定律，对A、B组成的系统有（m＋Δm）g－（m－Δm）g＝2ma 解得a＝。 （3）由（2）的结果变形可得a＝·Δm，则有k＝ 解得g＝km。 4.（1）A　（2）B　（3） 解析：（1）前面的数据波动是保持平衡时的轻微扰动，后续的数据波动是因为手机在做（近似）简谐运动，故第一个峰值即为我们要的绳子被剪断时的瞬时加速度，故选“A”点。 （2）剪断细绳瞬间，弹簧的弹力大小不变，手机受到的合力大小F等于小桶和砝码的重力大小，故选B。 （3）绳子剪断前，设弹力为F，小桶质量为m0，手机质量为M，对手机，由平衡条件知F－（m＋m0）g－Mg＝0 绳子剪断后，对手机，由牛顿第二定律有F－Mg＝Ma 综上可得a＝·m＋ 结合图丙的斜率解得手机的质量M＝。 5.（1）BC　（2）2.40　（3）2.0　3.0 解析：（1）力传感器测量细线的拉力为F，则小车受到的拉力为2F，即力可以直接得到，不用测量沙桶和沙的质量，也不需要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量，故A、D错误；为打点稳定、充分利用纸带，应先接通电源后释放小车，故B正确；电磁打点计时器由于振针的作用，纸带和复写纸之间阻力相对较大，实验误差比较大，而电火花计时器使用的是火花放电，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小，故C正确。 （2）相邻两计数点间的时间间隔为T＝5×＝5× s＝0.1 s，根据逐差法，可知小车运动的加速度大小为a＝＝×10－2 m/s2≈2.40 m/s2。 （3）由题图丙可知，开始运动时，拉力最小值为1 N，则小车运动过程中所受的阻力为Ff＝2F＝2.0 N 小车运动过程中，根据牛顿第二定律得2F－Ff＝Ma 整理得a＝F－ a-F图像的斜率为k＝＝ kg－1＝ kg－1 解得小车的质量为M＝3.0 kg。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $