江苏小高考物理《学业水平测试》讲练稿第10讲 实验探究加速度与力质量的关系.docx

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江苏小高考物理《学业水平测试》讲练稿第10讲实验探究加速度与力质量的关系

考情展示

测试内容

测试要求

2017年

2016年

2015年

2014年

2013年

探究、实验：

探究加速度与力、质量的关系

a

7

8

13

3

25

考点一　实验原理及步骤

（1）实验方法：

采用控制变量法．先控制小车的质量m不变，探究加速度a与拉力F之间的关系；再控制拉力F不变，探究加速度a与质量m之间的关系．

（2）实验装置图：

如图1所示．

图1

（3）实验器材：

打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、沙和沙桶（或砝码和砝码盘）、细线、导线、天平、刻度尺．

（4）实验注意事项：

①电磁打点计时器需接低压交流电源，如果用电火花计时器，则接220_V交流电源．

②实验时需平衡摩擦力.平衡摩擦力时,小车后面应接有纸带.实验中不需要重复平衡摩擦力．

③应调节定滑轮的位置，使拉小车的细线方向与长木板的方向平行．

④改变砝码及砝码盘的总质量m0或小车质量m时，一定要满足m0≪m.

⑤操作时，应将小车拉至靠近打点计时器处，先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再释放小车．

特别提醒

（1）平衡摩擦力：

适当垫高木板不带定滑轮的一端，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动（即使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力）．

（2）为使拉小车的力近似等于小盘及盘中砝码的总重力，要求小盘及盘中砝码的总质量远小于小车的质量．

例1

　（2017·泰州中学模拟）在研究加速度和F、质量m的关系时，应用的是（　　）

A．控制变量法B．等效替代法

C．理论推导法D．理想实验法

答案　A

解析　在研究加速度和F、质量m的关系时，需要控制质量一定，研究a与F的关系，然后控制F一定，研究a与m的关系，故应用的是控制变量法，A项正确．

例2

　（2017届连云港学测模拟）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：

（1）某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图2所示．请指出该装置中的错误或不妥之处（写出两处即可）：

图2

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________.

（2）改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验，如图3是他实验中得到的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻计数点，相邻计数点的时间间隔是0.10s，标出的数据单位为cm，则打点计时器在打C点时小车的瞬时速度是____________m/s，根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为________m/s2.（计算结果保留两位有效数字）

图3

答案　

（1）①图中为直流电源　②小车离打点计时器较远　③未平衡摩擦力（长木板未有一小倾角）．（任选两个）

（2）0.23　0.60

解析　

（1）打点计时器应该使用交变电流，小车离定滑轮太近，未平衡摩擦力等．

（2）vC＝

≈0.23m/s

a＝

＝0.60m/s2.

考点二　数据处理

（1）利用打点得到的纸带求小车的加速度．

（2）利用图象分析数据．

探究a与F关系时应得到如图4甲所示的图线．

探究a与m关系时应得到如图乙所示的图线．

图4

例3

　（2017·盐城学测模拟）“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图5甲所示．图中小车的质量为M，钩码的质量为m，小车后面固定一条纸带，纸带穿过电磁打点计时器，计时器接50Hz交流电．

图5

（1）小车运动时受到的拉力近似等于钩码的总重力，应满足的条件是________________________________________________________________________；

（2）实验过程中某学生由于疏忽没有平衡摩擦力，他测量得到的a－F图象可能是图乙中的图线__________（选填“A”“B”或“C”）；

（3）如图6所示，某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出．由此可求得小车加速度大小为________m/s2，在打计数点2时速度大小为________m/s.

图6

答案　

（1）M≫m　

（2）C　（3）0.49或0.50　0.26

解析　

（1）小车运动时受到的拉力近似等于钩码的总重力，应满足钩码质量远小于小车质量．

（2）没有平衡摩擦力对应的图线为C，拉力大于最大静摩擦力后开始滑动有加速度．

（3）a＝

×10－2m/s2＝0.49m/s2（或a＝

×10－2m/s2＝0.50m/s2）

v2＝

×10－2m/s≈0.26m/s.

例4

　（2017·江苏学测）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学在坐标纸上画出四张a－

关系图线．其中作图正确的是（　　）

答案　A

解析　合力恒定时，加速度与质量的倒数成正比．

1．（2017·扬州市宝应县高二下学期模拟）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图7所示．实验中，为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力，则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系（　　）

图7

A．m远大于MB．m远小于M

C．m略大于MD．m略小于M

答案　B

2．（2015·江苏学测）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是（　　）

答案　B

3．（2016·江苏学测）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为直观判断加速度a和质量m之间的关系，应根据实验数据作出的图象是（　　）

A．a－m图象B．a－m2图象

C．a－

图象D．a－

图象

答案　C

1．（2017·涟水中学第三次模拟）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学组装了如图8所示的装置．下列说法中正确的是（　　）

图8

A．小车释放时应靠近定滑轮

B．平衡摩擦力时应将砝码盘与小车相连

C．电磁打点计时器应使用低于6V的直流电源供电

D．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量

答案　D

2．（2017·南师大附中模拟）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法中正确的是（　　）

A．实验时，先接通打点计时器电源，再放开小车

B．平衡摩擦力时，应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上

C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力

D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出

答案　A

解析　不挂装砝码的砝码盘时来平衡摩擦力，B项错误；改变小车的质量再次进行实验时，无需重新平衡摩擦力，C项错误；本实验的目的是探究牛顿第二定律，不能用牛顿第二定律来计算，D项错误．

3．（2017·南通中学模拟二）某实验小组欲以如图9甲所示实验装置探究“加速度与物体受力和质量的关系”．图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电磁打点计时器相连（未画出），小车的质量为m1，小盘（及砝码）的质量为m2.

图9

（1）下列说法正确的是（　　）

A．实验时先放开小车，再接通打点计时器的电源

B．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

C．本实验中应满足m2远小于m1的条件

D．在用图象探究小车加速度与受力的关系时，应作a－m1图象

（2）实验中得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则打点计时器打下F点时小车的瞬时速度的计算式为vF＝________________，小车加速度的计算式a＝________________.

答案　

（1）C

（2）

4．某同学在进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，经历了以下过程：

（1）在实验准备过程中，发现实验室有两种打点计时器，如图10所示．该同学决定使用电火花打点计时器，该打点计时器对电源的要求是（　　）

图10

A．交流220VB．直流220V

C．交流4～6VD．直流4～6V

（2）该同学欲通过图11甲所示装置打出的纸带（图乙）来判断是否已经平衡摩擦力．根据纸带的点迹可以判断：

为进一步平衡摩擦力，图甲中垫块应向________（选填“左”或“右”）移一些．

图11

（3）在利用此装置做实验时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图12所示．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离（单位cm）．则打下计数点3时小车的瞬时速度为________m/s.（保留两位有效数字）

图12

答案　

（1）A　

（2）右　（3）0.38

解析　电火花打点计时器需用交流220V的电源，故选A.根据纸带的点距变小，可知小车做减速运动，加速度方向沿斜面向上，即摩擦力大于重力的分力，所以图中垫块应向右移动一些，增大倾角．匀变速直线运动中v

＝

，故打下计数点3时小车的瞬时速度v3＝

m/s≈0.38m/s.

5．（2014届苏州学测模拟）用如图13所示装置探究加速度与力的关系，已知沙和沙桶的总质量为m，小车的质量为M，实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

图13

（1）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是________．

A．M＝40g，m＝10g、20g、30g、40g、50g

B．M＝100g，m＝10g、20g、30g、40g、50g

C．M＝500g，m＝10g、20g、30g、40g、50g

D．M＝500g，m＝30g、60g、90g、120g、150g

（2）本实验中应在释放小车____________（填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源．

（3）图14所示为实验中打出的一条纸带，A、B、C为三个计数点，相邻计数点间还有四个点没有画出，计数点间的距离如图所示．已知打点计时器的工作频率为50Hz.则小车的加速度a＝________m/s2.

图14

答案　

（1）C　

（2）之前　（3）0.5

解析　

（1）要满足m≪M，C项正确．

（2）先接通电源后释放小车．

（3）相邻计数点间时间间隔T＝0.1s，

a＝

＝

m/s2＝0.5m/s2.

6．（2016·扬州学测模拟）如图15甲所示，某同学为了探究在小车及传感器总质量不变时，加速度跟它们所受拉力的关系，设计了如下实验．将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，根据所测数据在坐标系中作出了如图乙所示的a－F图象．

图15

（1）本实验没有平衡摩擦力，由图可知最大静摩擦力的大小为________N.

（2）本实验中若不满足沙和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量，这对实验结果________（填“有”或“没有”）影响．

（3）由图象求出小车和传感器的总质量为________kg.

答案　

（1）0.1　

（2）没有　（3）1

解析　

（1）当拉力大于0.1N时，小车才有加速度，说明最大静摩擦力为0.1N.

（2）由于有力传感器在小车前端，小车所受绳子拉力为准确值，不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车和传感器的总质量．

（3）根据F－Ff＝Ma得出

a＝

＝

F－

，

a－F图象的斜率k＝

＝1.

解得M＝1kg.

7．（2015·徐州学测模拟）以下为“探究加速度与力、质量的关系”的实验．

（1）小刚在探究加速度与某个物理量的关系时，其中的两次实验装置如图16甲所示，根据实验装置可以判断，小刚在探究加速度与________（填“力”或者“质量”）的关系．

图16

（2）如图乙所示为小刚在实验中得到的一条纸带，两相邻计数点间还有四个点没有画出，已知打点周期为0.02s．根据纸带上的数据，计算打计数点3时小车的速度为________m/s.

（3）小刚在探究加速度与力的关系时，作出的加速度与力的图象如图丙所示，根据图象推测，小刚在实验操作中重要的疏漏是____________________________________________

________________________________________________________________________.

答案　

（1）力　

（2）0.15

（3）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

解析　

（1）探究加速度与力、质量的关系时，采用控制变量法，先控制小车的质量不变，探究加速度与拉力之间的关系；再控制拉力不变，探究加速度与小车的质量之间的关系．图示是控制小车的质量不变，所以是探究加速度与力的关系．

（2）某一点的瞬时速度用该点左右两点间的距离除以对应的时间，v3＝

m/s＝0.15m/s.

（3）当外力较小时加速度为零．说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

8．在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，某学生探究小组组装了如图17所示的

装置．

图17

（1）几位同学在研究加速度a和力F、质量m的关系时，设小车质量和车上砝码质量之和为M，沙及沙桶的总质量为m，分别得出如图a、b、c、d四条图线，其中图a、b、c是a－F图线，图d是a－

图线，其中没有平衡摩擦力的是（　　）

（2）如果在小车与细绳间连接一个力传感器测量小车受到的拉力，实验中是否必须满足沙和沙桶的总质量远小于小车和车上砝码的总质量？

________（填“是”或“否”）．

答案　

（1）A　

（2）否

解析　

（1）A图说明绳子中拉力较小时，小车的加速度始终为零，处于静止状态，原因是没有平衡摩擦力，A项正确；B图说明平衡摩擦力过度，C图和D图说明沙及沙桶的总质量没有远小于小车和车上砝码的总质量．

（2）有力传感器可以直接显示小车受到的合外力，此时无需满足绳子拉力近似等于沙和沙桶的总重力．