[實驗(四)]探究加速度與物體受力、物體質量的關系________________________________________________________________________(每題10分，建議用時：50分鐘)1．(10分)(2024·廣東佛山模擬)某小組想嘗試通過測量兩輛小車甲和乙在相同時間內通過的位移來比較它們的加速度，進而探究加速度與力的關系。實驗裝置如圖所示，將軌道分上下雙層排列，兩小車尾部的剎車線由后面的剎車系統(tǒng)控制，能保證小車同時從靜止開始運動且同時立即停止。通過改變槽碼盤中的槽碼來改變拉力的大小。(1)甲同學認為可以通過比較兩小車的位移來比較兩小車的加速度大小。因為兩輛小車的運動時間相同，根據(jù)公式__________，可知兩小車甲和乙的位移s甲、s乙與加速度a甲、a乙的關系滿足__________。(4分)(2)已知兩小車質量均為500g，實驗數(shù)據(jù)如如下表所示。分析表中同組實驗數(shù)據(jù)可知，在誤差允許范圍內，拉力與位移成________比，根據(jù)(1)，得出加速度大小與拉力成正比關系。(3分)實驗次數(shù)小車拉力F/N位移x/cm1甲0.122.3乙0.243.52甲0.229.0乙0.343.03甲0.341.0乙0.455.4(3)如果乙同學還要利用上述裝置進行“探究加速度與質量的關系”實驗，應該怎樣調整實驗條件？________________________________________。(3分)解析：(1)兩小車都做初速度為零的勻加速直線運動，故應用的公式為x＝eq\f(1,2)at2故兩車的位移與時間的關系為s甲＝eq\f(1,2)a甲t2，s乙＝eq\f(1,2)a乙t2故有eq\f(s甲,s乙)＝eq\f(a甲,a乙)。(2)分析表中同組實驗數(shù)據(jù)可知，在誤差允許范圍內，拉力與位移成正比。(3)如果乙同學還要利用上述裝置進行“探究加速度與質量的關系”實驗，采用控制變量法，使槽碼盤中槽碼不變，改變小車的質量。答案：(1)x＝eq\f(1,2)at2eq\f(s甲,s乙)＝eq\f(a甲,a乙)(2)正(3)保持槽碼盤中槽碼不變，改變小車的質量2．(10分)某實驗小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關系。主要實驗步驟如下：(1)用游標卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(5分)(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導軌上，調節(jié)導軌至水平；(3)在右支點下放一墊塊，改變氣墊導軌的傾斜角度；(4)在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應的加速度a；(5)在右支點下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點，繪制圖線。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應該是________m/s2(保留三位有效數(shù)字)。(5分)解析：(1)墊塊的厚度為h＝1cm＋2×0.1mm＝1.02cm。(5)繪制圖線如圖：根據(jù)mg·eq\f(nh,l)＝ma可知，a與n成正比關系，則根據(jù)圖像可知，斜率k＝eq\f(0.6,7)＝eq\f(a,4)，解得a≈0.343m/s2。答案：(1)1.02(5)見解析圖0.3433．(10分)(2023·湖南岳陽模擬)某物理興趣小組用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質量的關系。(1)下面是實驗操作步驟，請你整理出正確的操作順序，從先到后依次是________。(2分)A．抬高長木板一端平衡摩擦力，讓小車做勻速直線運動B.接通電源后釋放小車，使小車在細線的拉動下運動，測出槽碼的重力mg作為細線對小車的拉力F，利用紙帶測量出小車的加速度aC．將紙帶穿過打點計時器并將一端固定在小車上D．把細線的一端固定在小車上，另一端通過定滑輪與槽碼相連E．更換紙帶，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，重復步驟B的操作(2)實驗中打出的紙帶如圖乙所示，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，紙帶上只測出了兩組數(shù)據(jù)，圖中長度單位為cm，由此可以算出小車運動的加速度大小a＝________m/s2。(2分)(3)實驗得到的理想aF圖像應是一條過原點的直線，但由于實驗誤差影響，常出現(xiàn)如圖丙所示的三種情況，圖線①產生的原因是不滿足槽碼的總質量遠________(填“小于”或“大于”)小車的質量的條件；圖線②產生的原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過________(填“小”或“大”)；圖線③產生的原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過________(填“小”或“大”)。(6分)解析：(1)按照實驗原理，題中五個步驟的先后順序應該為CADBE。(2)由Δx＝aT2得(7.1－1.1)×10－2m＝3aT2，解得a＝2m/s2。(3)實驗中認為槽碼的總重力等于繩的拉力F，則加速度a＝eq\f(mg,M＋m)，當m?M時，圖線是直線，所以圖線①的上部彎曲的原因是當小車受拉力F較大時，不滿足槽碼的總質量遠小于小車的質量的條件；圖線②在a軸的截距大于0，產生原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過大，拉力F＝0(即不掛槽碼)時小車就具有了加速度；圖線③在F軸的截距大于0，產生原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過小，只有當拉力F增加到一定值時，小車才獲得加速度。答案：(1)CADBE(2)2(3)小于大小4．(10分)(2023·上海高考)如圖所示，是某小組同學“用DIS研究加速度與力的關系”的實驗裝置，實驗過程中可近似認為鉤碼受到的總重力等于小車所受的拉力。先測出鉤碼所受的重力為G，之后改變繩端的鉤碼個數(shù)，小車每次從同一位置釋放，測出擋光片通過光電門的時間Δt。(1)實驗中________測出小車質量m車。(2分)A．必須B．不必(2)為完成實驗還需要測量①________________；②______________________。(4分)(3)實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力，原因是__________________________________________________________________。(2分)(4)若導軌保持水平，滑輪偏低導致細線與軌道不平行，則細線平行是加速度a1，與不平行時加速度a2相比，a1________a2。(選填“大于”“小于”或“等于”)(2分)解析：(1)實驗的目的是研究加速度與力的關系，研究加速度與合力正比關系，只需控制小車質量不變即可，不須測出小車的質量，故選B。(2)小車經過光電門的速度為v＝eq\f(d,Δt)，由運動學公式2ax＝v2，聯(lián)立可得小車的加速度a＝eq\f(d2,2x（Δt）2)，所以需要測量小車釋放點到光電門的距離x和遮光條的寬度d。(3)鉤碼在重力和拉力作用下向下做勻加速運動，加速度方向豎直向下，根據(jù)牛頓第二定律可知鉤碼的拉力小于鉤碼的重力，而鉤碼的拉力大小等于小車繩子拉力的大小，所以實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力。(4)本實驗忽略摩擦力的影響時，細線平行時T＝ma1，若滑輪偏低導致細線與軌道不平行，受力方向如圖所示，由牛頓第二定律有Tcosβ＝ma2，所以有a1>a2。答案：(1)B(2)①小車釋放點到光電門的距離x②遮光條的寬度d(3)鉤碼有向下的加速度，拉力小于重力(4)大于5．(10分)(2023·重慶沙坪壩二模)如圖甲所示，某學習小組利用氣墊導軌、位移傳感器和滑塊等器材做驗證牛頓第二定律的實驗。首先將位移傳感器固定在氣墊導軌左端，把氣墊導軌右端墊起一定高度，測量氣墊導軌的長度L和右端墊起的高度H；將質量為M的滑塊從氣墊導軌頂端由靜止釋放，傳感器采集數(shù)據(jù)，經計算機處理后得到滑塊的位移與時間的比值eq\f(x,t)隨時間t變化的圖像。(1)某次實驗得到的eq\f(x,t)t圖線如圖乙所示，從圖線可得滑塊下滑的加速度大小a＝________m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)。(3分)(2)通過改變________________，可驗證當滑塊質量一定時，加速度與力成正比。(3分)(3)換用質量M不同的滑塊，調節(jié)氣墊導軌右端墊起的高度H，保持________(用M、H表示)不變時，可驗證力一定時，加速度與滑塊的質量成反比。(4分)解析：(1)滑塊由靜止勻加速下滑，有x＝eq\f(1,2)at2，可得eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at，則圖線斜率k＝eq\f(1,2)a＝eq\f(0.6－0,0.6－0)＝1，解得滑塊下滑的加速度大小a＝2.0m/s2。(2)當滑塊質量一定時，可以通過改變氣墊導軌右端墊起的高度H，來改變滑塊沿導軌方向的重力的分量，即合力的大小，探究加速度與力的關系。(3)由于滑塊下滑加速的力是由重力沿導軌向下的分力提供，所以要保證重力沿導軌向下的分力不變，應該使Mgeq\f(H,L)不變，所以應該調節(jié)滑塊的質量及導軌右端墊起的高度，保持MH不變。答案：(1)2.0(2)高度H(3)MH6．(10分)一研究性學習小組利用圖甲裝置測定滑塊加速運動時與平直長木板間的動摩擦因數(shù)。(1)實驗過程如下：①將長木板固定在水平桌面上，其右端安裝定滑輪，左端固定位移傳感器；總質量為M的滑塊(含拉力傳感器)在長木板上緊靠位移傳感器放置，拉力傳感器通過細繩跨過定滑輪與質量為m的重物連接，調節(jié)長木板右端定滑輪使細繩與長木板平行；②靜止釋放滑塊，記錄拉力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù)，用計算機擬合得到滑塊位移隨時間變化的st圖像如圖乙所示，該圖線的函數(shù)表達式是s＝1.20t2(m)，則可得滑塊加速度a＝________m/s2(計算結果保留兩位小數(shù))；(3分)③若滑塊的加速度為a時，拉力傳感器示數(shù)為FT，則滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(用題中物理量字母符號表示)。(3分)(2)本實驗中如果不滿足滑塊質量遠大于重物質量，對實驗結果的分析________影響(選填“有”“無”)。