【创新设计】（广东专用）2022届高考物理一轮复习方案 实验4 探究加速度与力、质量的定量关系（含解析）

实验(四)　[实验4　探究加速度与力、质量的定量关系]1．(双选)如图S4－1所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为s1、s2，则在实验误差允许的范围内，有(　　)图S4－1A．当m1＝m2、F1＝2F2时，s1＝2s2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，s2＝2s1C．当m1＝2m2、F1＝F2时，s1＝2s2D．当m1＝2m2、F1＝F2时，s2＝2s12．使用如图S4－2所示的气垫导轨装置探究加速度与力的关系．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门之间的距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：图S4－2(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：________________________________________________________________________.(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是____________．A．m1＝5g　　　　　B．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(用Δt1、Δt2、D、x表示)3．某同学设计了如图S4－3所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧测力计固定在一块合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距d.开始时将木板置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到Q处的时间t.7\n图S4－3(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________________________________________________________________________；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)__________．(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系．图S4－4中能表示该同学实验结果的图象是________．A　　　　　　B　　　　　C　　　　　D图S4－4(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是__________．A．可以改变滑动摩擦力的大小B．可以更方便地获取多组实验数据C．可以比较精确地测出摩擦力的大小D．可以获得更大的加速度以提高实验精度4．为了探究受到空气阻力时物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“探究加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图S4－5所示)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．图S4－5(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________________________________________________________________________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s00.501.001.502.002.50速度v/(m·s－1)0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据作出小车的v－t图象．7\n图S4－6(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大．你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．5．2022·南京模拟某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图S4－7甲为实验装置简图．(交流电的频率为50Hz)　　　　　　甲　　　　　　　　乙图S4－7(1)如图乙所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为__________m/s2.(保留两位有效数字)(2)保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如下表：实验次数12345678小车加速度a/m·s－21.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60请在如图S4－8所示的坐标纸中画出a－图线，并由图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是________________．7\n图S4－86．某实验小组利用如图S4－9所示的实验装置来探究当合外力一定时物体运动的加速度与其质量之间的关系．图S4－9(1)已知两个光电门中心之间的距离x＝24cm，由图S4－10中游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm.该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝__________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝____________，则滑块的加速度的表达式a＝________．(以上表达式均用字母表示)图S4－10(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如下表所示的实验数据．通过分析表中数据后，你得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.m/g250300350400500800a/(m·s－2)2.021.651.331.251.000.63(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图S4－11的坐标系中描点作出相应图象．7\n图S4－117\n实验(四)1．AD　[解析]当m1＝m2、F1＝2F2时，由F＝ma可知，a1＝2a2，再由s＝at2可得：s1＝2s2，故A正确，B错误；当m1＝2m2、F1＝F2时，a1＝a2，再由s＝at2可得：s1＝s2，故C错误，D正确．2．(1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录的每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等　(2)D　(3)a＝[解析](1)如果气垫导轨水平，则不挂牵引砝码时，滑行器应能在任意位置静止不动，或轻推滑行器后滑行器能匀速运动．(2)应满足M≫m，故m4＝400g不合适．(3)由v1＝，v2＝，v－v＝2ax，可得：a＝.3．(1)　保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值(2)D　(3)BC[解析](1)由d＝at2得a＝.(2)由牛顿第二定律可得F1－F0＝ma，解得a＝－，此实验中弹簧测力计的示数即为细绳的拉力，不需要满足矿泉水瓶和水的质量远远小于木板的质量，图线不会弯曲．(3)由于水的质量可以几乎连续变化，所以可以比较精确地测出摩擦力的大小，可以方便地获取多组实验数据，选项B、C正确．4．(1)之前　(2)如图所示　(3)同意．在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大．[解析](1)应先接通打点计时器的电源，再释放纸带，否则纸带前端甚至整条纸带都不能准确记录数据点；(2)v－t图象如图所示；(3)在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车所受空气阻力越大．5．(1)3.2　(2)如图所示　a＝7\n[解析](1)由逐差法得a＝＝×10－2m/s2≈3.2m/s2(2)如图所示由图知斜率k＝0.5，即保持拉力F＝0.5N，所以a＝＝.6．(1)0.52　　　　(2)在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比　(3)如图所示[解析](1)游标卡尺测得遮光条的宽度：5mm＋2×0.1mm＝5.2mm＝0.52cm，滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝，则滑块的加速度的表达式a＝.(2)小车质量增加时，加速度却在减小，但两者的乘积不变，在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比．7