实验4 知能达标训练-2022高考物理 新编大一轮总复习（word）人教版

1．(2021·莆田月考)在水平固定的长木板上，用物体A、B分别探究了加速度随着合外力的变化的关系，实验装置如图甲所示(打点计时器、纸带图中未画出)。实验过程中用不同的重物P分别挂在光滑的轻质动滑轮上，使平行于长木板的不可伸长的细线(中间连结有一轻质细弹簧)分别拉动长木板上的物块由静止开始加速运动(纸带与打点计时器之间阻力及空气阻力可忽略)，实验后进行数据处理，得到了物块A、B的加速度a与轻质弹簧的伸长量x的关系图象分别如图乙中的A、B所示(g已知)，

(1)(多选)由图判断下列说法正确的是____________。

A．一端带有定滑轮的长木板，未达到平衡物块所受摩擦力的目的

B．实验中重物P的质量应远小于物块的质量

C．若在实验中长木板是水平的，图乙中又知道了图象的截距，就能求解出物体与木板间的动摩擦因数

D．实验中，应该先释放重物再接通打点计时器的电源

(2)某同学仔细分析了图乙中两条线不重合的原因，得出结论：两个物体的质量不等，且mA__________mB(填“大于”“等于”或“小于”)；两物体与木板之间动摩擦因数μA____________μB(填“大于”“等于”或“小于”)。

[解析]　(1)一端带有定滑轮的长木板，若没有抬高木板的一端，则未达到平衡物块所受摩擦力的目的，选项A正确；因弹簧的伸长量可反映细线对物块的拉力，故实验中重物P的质量没必要远小于物块的质量，选项B错误；对物体，根据牛顿定律kx－μmg＝ma，解得a＝x－μg，则若在实验中长木板是水平的，图乙中又知道了图象的截距，则根据b＝－μg就能求解出物体与木板间的动摩擦因数，选项C正确；实验中，应该先接通打点计时器的电源，然后释放重物，选项D错误；故选A、C。(2)由图乙可知A的斜率大于B，则＞，则mA＜mB；因A的截距大小大于B，则μA＞μB。

[答案]　(1)AC　(2)小于　(3)大于

2．(2021·贵州安顺适应性监测)如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算处理后在屏幕上显示滑块放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A的速率—时间(v­t)图象。整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为l。

(1)现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其v­t图线如图乙所示。从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a＝____________ m/s2(结果保留一位有效数字)。

(2)若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变________________________，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变____________，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系(重力加速度g的值不变)。

[解析]　在v­t图象中斜率代表加速度，故a＝＝ m/s2＝3 m/s2。

(2)牛顿第二定律研究的是加速度与合外力和质量的关系。当质量一定时，可以改变力的大小，当斜面高度不同时，滑块受到的力不同，可以探究加速度与合外力的关系。由于滑块下滑加速的力是由重力沿斜面向下的分力提供，所以要保证向下的分力不变，应该使mg·不变，即mh不变，所以应该调节滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变，来探究力一定时，加速度与质量的关系。

[答案]　(1)3　(2)调节滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变　高度h

3．(2019·全国卷Ⅱ)如图，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块 、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题：

(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝____________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。

(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°。接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为____________(结果保留两位小数)。

[解析]　本题考查牛顿第二定律及考生的实验探究能力，体现了科学探究与科学推理的核心素养。

(1)对铁块，根据牛顿第二定律得mgsin θ－μmgcos θ＝ma，解得μ＝。

(2)利用逐差法可得

a＝ m/s2＝1.97 m/s2，由于θ＝30°，g＝9.80 m/s2，则μ＝0.35。

[答案]　(1)　(2)0.35

4．(2021·云南大姚县一中一模)甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验。已知重力加速度为g。

(1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示。其中A为一质量为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。实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。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，其表达式为____________。

(2)乙同学的设计如图乙所示。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。

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F­的图线如图丙所示，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，故该同学还应测出的物理量为_______________________________________。

根据该测量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________________________________________________________________________。

[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，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由Ff＝μFN得，μ＝＝，由C的读数为F1，可求得μ＝，为A与B之间的动摩擦因数。

(2)物块由静止开始做匀加速运动，根据匀加速直线运动位移－时间公式得：

x＝at2，

解得：a＝

根据牛顿第二定律，

对于物块：F合＝F－μmg＝ma

可得F＝＋μmg

则图线的斜率为：k＝2mx，纵轴的截距为b＝μmg；

k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动摩擦因数：μ＝＝。

[答案]　(1)A与B　　(2)光电门A、B之间的距离x　

5．(2020·海南五校模拟)某实验小组利用如图甲所示的装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系。实验步骤如下：

(1)测出滑块的质量M(包括遮光条)，接通气源，挂上钩码，调节气垫导轨的倾角，轻推滑块后，使滑块能沿气垫导轨向下做匀速运动。

(2)取下轻绳和钩码，保持(1)中调节好的气垫导轨倾角不变，让滑块从气垫导轨顶端静止下滑，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d。则滑块加速度的表达式a＝____________(用已知物理量字母表示)。如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为____________ mm。

(3)为了保持滑块所受的合力不变，可保持钩码的重力大小不变，改变滑块质量M，接通气源，挂上钩码，调节气垫导轨的倾角，轻推滑块后，使滑块能沿气垫导轨向下做____________(选填“匀速”或“匀加速”)运动，同步骤(2)可测出滑块的加速度。

(4)通过测量出的多组质量M和对应的加速度a，为了验证牛顿第二定律，应以加速度的倒数为纵坐标，以____________(选填“M”或“”)为横坐标，作出的图线是一条过原点的直线。

[解析]　(2)因为可以认为通过光电门的平均速度即为滑块的瞬时速度，所以v1＝，v2＝，根据匀变速直线运动的规律有v－v＝2ax，解得a＝。对于20分度的游标卡尺，分度值为0.05 mm，游标尺上零刻线之后的第3根刻线与主尺上的刻度对齐，所以读数为8.15 mm。

(3)因为阻力可以不计，所以要保证滑块受到的合力不变，则必须使滑块能沿气垫导轨向下做匀速运动。

(4)根据牛顿第二定律有F合＝Ma，所以＝M，以加速度的倒数为纵坐标，M为横坐标，作出的图线是一条过原点的直线。

[答案]　(2)　8.15　(3)匀速　(4)M