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高考物理二轮高频考点专题突破
专题33探究加速度和力、质量的关系
专练目标
专练内容
目标1
“拉力直测法”探究加速度和力、质量的关系(1T—3T)
目标2
“气垫光门法”探究加速度和力、质量的关系(4T—6T)
目标3
“斜面合力替代法”探究加速度和力、质量的关系(7T—9T)
目标4
“整体法”探究加速度和力、质量的关系(10T—12T)
目标5
“双车比较法”探究加速度和力、质量的关系(13T—15T)
目标6
“阿特伍德机法”探究加速度和力、质量的关系(16T—18T)
【典例专练】
一、“拉力直测法”探究加速度和力、质量的关系
1.某兴趣小组设计了如图甲所示的实验来探究加速度与力的关系。用M表示小车质量,m表示沙和沙桶的质量,滑轮和细线质量不计。该小组按照图甲安装好实验器材后,设计了如下的实验步骤:
A.用天平测出小车的质量M
B.将空的沙桶和纸带安装好,长木板一端垫高,启动打点计时器,平衡摩擦力
C.在桶中加适量的沙子,用天平测出沙和沙桶的质量m
D.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,记录弹簧测力计的示数
E.根据打出的纸带计算小车加速度的大小
①改变桶中沙子的质量,重复步骤C、D、E。以上操作不必要或有错误的步骤是___________(选填步骤前的字母)
②图乙为某次实验中打出的一条纸带,0、1、2、3、4、5、6为计数点,相邻两计数点间的时间间隔为T。根据纸带上的信息,写出小车加速度大小的表达式a=___________。
③以弹簧测力计的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,作出的a-F图像是一条直线,如图丙,图线的斜率为k,则小车的质量为___________(用题中给定的字母符号表示)。
【答案】????ABC????????
【详解】①[1]A.某兴趣小组设计了如图甲所示的实验来探究加速度与力的关系,应该保证小车的质量不变,不必测出小车的质量M,A错误;
B.平衡摩擦力时,安装纸带,不安装沙桶,B错误;
C.有弹簧测力计测量绳的拉力,不必测出沙和沙桶的质量m,C错误;
D.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,记录弹簧测力计的示数,D正确;
E.根据打出的纸带计算小车加速度的大小,E正确;
故选ABC。
②[2]小车加速度大小的表达式为
③[3]根据牛顿第二定律得解得根据图像得解得
2.某同学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,探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系,根据所测数据在坐标系中作出了如图甲所示的a﹣F图象;
(1)图线不过坐标原点的原因是_______________________________;
(2)本实验中是否仍需要细沙和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量_______(填“是”或“否”);
(3)由图象求出小车和传感器的总质量为_______kg。
(4)图乙是某同学在正确操作下获得的一条纸带,打点计时器的频率为50Hz,其中0、1、2、3、4每两点之间还有4个点没有标出.各计数点到0点的距离已在图中标出,根据图可求得计数点2所代表时刻的瞬时速度大小v2=_______m/s,小车的加速度a=_______m/s2.(保留两位有效数字)
【答案】????未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足????否????1????0.19????0.20
【详解】(1)[1]由图象可知,当F≠0时,加速度仍然为零,说明没有平衡摩擦力或平衡的不够;
(2)[2]该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小,不是将细沙和桶的总重力作为小车的拉力,故不需要满足细沙和桶的总质量远小于小车的质量;
(3)[3]a﹣F图象中的斜率表示质量的倒数,由图可知所以质量
(4)[4]从0点开始每间隔4个点取1个计数点,则计数点之间的时间间隔为利用匀变速直线运动的推论得
[5]根据逐差法可得
3.甲、乙、丙、丁四个实验小组分别采用图1、2、3、4所示的实验装置做“探究加速度与物体所受合力关系”实验,四个实验小组成员用同一小车按正确步骤操作实验,图1中用钩码重力表示横轴F,图2、3、4中用力传感器示数表示横轴F,获得多组数据,作出的图象如图5中部分图线所示。
(1)四个实验小组的实验装置中需要平衡摩擦力的是______实验小组;
(2)四个实验小组的实验中需要小车质量远大于钩码质量的是______;
(3)甲、乙、丙、丁四个实验小组作出的图象分别对应图5中的______(填选项前字母序号)。
A.ABCC??????????B.ACBC??????????C.DCBC??????????D.DBCB
【答案】????甲乙丙丁????甲????C
【详解】(1)[1]为了使小车所受合外力均为连接
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