(新高考)高考物理一轮复习课时加练第3章　微专题25　实验：探究加速度与力、质量的关系 (含解析)

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微专题25　实验：探究加速度与力、质量的关系
1．用纸带法求瞬时速度vn＝.2.逐差法求加速度a＝.3.研究a、F、M三个量的关系：控制变量法，数据处理，图像法.4.研究a与M的关系：化曲为直的方法，常作a－图像.5.研究a与F、M的关系，需满足的两个条件：(1)平衡摩擦力；(2)m≪M.
1．某同学进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验，将实验器材按图甲所示安装．已知打点计时器的工作频率为50 Hz，请完成下列相关内容：

(1)该同学在进行平衡摩擦力的操作时，将木板垫高后，在不挂小吊盘(含砝码)的情况下，轻推小车，让小车拖着纸带运动，得到如图乙所示的纸带，则该同学平衡摩擦力时木板的倾角________(选填“过大”“过小”或“适中”)．
(2)关于本实验，下列说法正确的是________(选填正确答案标号)．
A．连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行
B．每次改变小车的质量后要重新平衡摩擦力
C．必须保证小车及车中砝码的总质量远小于小吊盘和盘中砝码的总质量
D．应先接通打点计时器电源，待打点稳定后再释放小车
(3)该同学按正确步骤操作后，保持小车质量不变，通过改变小吊盘中砝码的质量来改变小车受到的合力，得到了多组数据，其中一条纸带如图丙所示，A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点之间还有四个点未画出，测得x1＝1.80 cm，x2＝2.61 cm，x3＝3.43 cm，x4＝4.23 cm，x5＝5.04 cm，x6＝5.86 cm，根据以上数据，可求出小车的加速度大小a＝_____ m/s2(保留两位有效数字)．

答案　(1)过小　(2)AD　(3)0.81
解析　(1)纸带上的间距随小车运动不断减小，说明小车在做减速运动，即平衡摩擦力不够，即平衡摩擦力时木板的倾角过小；
(2)连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行，这样能够保证绳子的拉力方向和小车运动方向相同，故A正确；根据mgsin θ＝μmgcos θ，可知质量被约掉了，则每次改变小车质量后无需重新平衡摩擦力，故B错误；小车及车中砝码的总质量应远大于小吊盘和盘中砝码的总质量，故C错误；实验时应先接通打点计时器电源，待打点稳定后再释放小车，故D正确．
(3)因相邻计数点之间还有四个点未画出，则T＝5×0.02 s＝0.1 s
根据逐差法，有a＝＝0.81 m/s2.
2．(2023·北京市房山区模拟)“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学在正确操作下打出了一条纸带，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点0、1、2、3、4，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到0点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源两端．

(1)打点计时器打下计数点2时小车的速度大小v2＝________ m/s.(结果保留两位有效数字)
(2)另一名同学利用力的传感器改进实验，如图甲所示．将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器挂钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车质量(包括传感器)不变时加速度跟所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图乙所示的a－F图像；图像不过坐标原点的原因是________________．

(3)实验改进后，是否仍需要满足细砂和桶的总质量远小于小车质量(包括传感器)，请说明理由_______________________________________.
答案　(1)0.19　(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(3) 不需要满足，原因是：用力的传感器可直接测出绳子拉力而不必利用细砂和桶的重力约等于绳子拉力
解析　(1)打点2的速度等于点1到点3间的平均速度
v2＝＝0.19 m/s
(2)从a—F图像可知，有一定拉力后，才产生加速度，可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；
(3)不需要满足细砂和桶的总质量远小于小车质量，原因是：用力的传感器可直接测出绳子拉力而不必利用细砂和桶的重力约等于绳子拉力．
3．(2023·山东烟台市模拟)某物理实验小组利用图甲所示装置“探究小车的加速度与受力的关系”．

(1)一次实验中获得的纸带如图乙所示，已知所用电源的频率为50 Hz，每5个点取一个计数点，A、B、C、D、E、F、G为所取计数点，由图中数据可求得加速度大小a＝________ m/s2；(计算结果保留两位有效数字)

(2)实验小组先保持小车质量为m1不变，改变小车所受的拉力F，得到a随F变化的规律如图丙中直线A所示，然后实验小组换用另一质量为m2的小车，重复上述操作，得到如图丙中所示的直线B，由图可知，m1________m2(选填“大于”或“小于”)，直线B不过坐标原点的原因是________________．

答案　(1)0.18　(2)小于　长木板倾斜程度过大，平衡摩擦力过度
解析　(1)设AD＝x1，DG＝x2，由题图乙可得x1＝3.70 cm－0.40 cm＝3.30 cm，x2＝8.60 cm－3.70 cm＝4.90 cm，所用电源的频率为50 Hz，每5个点取一个计数点，可得AD之间的时间间隔为t＝3×0.02×5 s＝0.3 s，根据匀变速直线运动的推论，即Δx＝x2－x1＝at2，代入数据，解得a＝0.18 m/s2
(2)根据牛顿第二定律可得a＝，故有aA＝，aB＝，a－F图线斜率为质量的倒数，故由题图丙可知m1