高考理科综合物理 实验4

第三章 实验四
1．如图所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，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．不计空气阻力及一切摩擦．
(1)在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，操作中必须满足________________；要使小车所受合外力一定，操作中必须满足________________________．
实验时，先测出小车质量m ，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t .改变小车质量m ，测得多组m 、t 的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是________．
(2)如图抬高长木板的左端，使小车从靠近光电门乙处由静止开始运动，读出测力计的
示数F 和小车在两光电门之间的运动时间t 0，改变木板倾角，测得多组数据，得到的F －1t 2的图线如图所示．
实验中测得两光电门的距离L ＝0.80 m ，砂和砂桶的总质量m 1＝0.34 kg ，重力加速度g 取9.8 m/s 2，则图线的斜率为________(结果保留2位有效数字)；若小车与长木板间的摩擦不能忽略，测得的图线斜率将________(填“变大”“变小”或“不变”)．
【答案】(1)小车与滑轮间的细绳与长木板平行 砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 C
(2)0.54 kg·m 或0.54 N·s 2 不变
2．(2017届黄石校级模拟)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置．其中M 为带滑轮的小车的质量，m 为砂和砂桶的质量．(滑轮质量不计)
(1)实验时，一定要进行的操作是_______．
A ．用天平测出砂和砂桶的质量
B ．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C ．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，同时记录弹簧测力计的示数
D ．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带
E ．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m 远小于小车的质量M
(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两相邻计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz 的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s 2(结果保留2位有效数字)．
(3)以弹簧测力计的示数F 为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a －F 图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k ，则小车的质量为________．
A ．2tan θ
B ．1tan θ
C ．k
D ．2k
【答案】(1)BCD (2)1.3 (3)D
【解析】(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A 错误，E 错误；该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B 正确；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C 正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F 变化关系，故D 正确；故选BCD ．
(2)由于两计数点间还有两个点没有画出，故单摆周期为0.06 s ，由Δx ＝aT 2可得，加速
度a ＝0.028－0.014＋0.033－0.019＋0.038－0.0239×0.062 m/s 2≈1.3 m/s 2. (3)对a －F 图来说，图像的斜率表示小车质量的倒数，弹簧测力计的示数F ＝12
F 合，故小车质量为m ＝2k
. 3．(2017届江苏模拟)甲、乙两位同学在“验证牛顿第二定律”实验中，使用了如图所示的实验装置．
(1)实验时他们先调整垫木的位置，使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动，这样做的目的是______．
(2)此后，甲同学把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂若干配重片．在小车质量一定的情况下，多次改变配重片数量，每改变一次就释放一次小车，利用打点计时器打出记录小车运动情况的多条纸带．图乙是其中一条纸带的一部分，O 、A 、B 、C 为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出．打点计时器接在频率为50 Hz 的交流电源上．通过对纸带的测量，可知小车运动过程中的加速度大小为______m/s 2(结果保留2位有效数字)．
乙
(3)根据多条纸带的数据，甲同学绘制了小车加速度与小车所受拉力(测量出配重的重力作为小车所受拉力大小)的a －F 图像，如图丙所示．由图像可知________．(选填选项前的字母)
A．当小车质量一定时，其加速度与所受合外力成正比
B．当小车所受合外力一定时，其加速度与质量成反比
C．小车的质量约等于0.3 kg
D．小车的质量约等于3.3 kg
(4)乙同学在实验时，因配重片数量不足改用5个质量为20 g的钩码进行实验．他首先将钩码全部挂上，用打点计时器打出记录小车运动情况的纸带，并计算出小车运动的加速度；之后每次将悬挂的钩码取下一个并固定在小车上，重复多次实验，且每次实验前均调整垫木的位置，使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动．根据测得的数据，绘制出小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线．关于这一图线下列说法错误的是__________．
A．可由该图线计算出小车和5个钩码质量之和
B．只有当小车质量远大于悬挂钩码的质量时，该图线才是一条直线
C．无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量，该图线都是一条直线
【答案】(1)平衡摩擦力(2)0.49(3)AC(4)B
4．(2017届广州二模)用图甲所示装置“探究加速度与力、质量的关系”．请思考并完
成相关内容：
(1)实验时，为了平衡摩擦力，以下操作正确的是________．
A ．连着砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板做匀速运动
B ．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板做匀速运动
C ．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车缓慢沿木板做直线运动
(2)图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50 Hz ，由此可求出小车的加速度a ＝________m/s 2(计算结果保留3位有效数字)．
(3)一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a 与合外力F 的关系，得到如图丙中①所示的a －F 图线．则小车运动时受到的摩擦力f ＝________N ；小车质量M ＝________kg.若该小组正确完成了步骤(1)，得到的a －F 图线应该是图丙中的________(填“②”“③”或“④”)．
【答案】(1)B (2)1.60 (3)0.10 0.20 ②
【解析】(1)平衡摩擦力时，取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板匀速运动，故B 正确．
(2)根据Δx ＝aT 2，运用逐差法得，a ＝x 36－x 039T 2＝10.60＋12.22＋13.81－5.79－7.41－9.029×0.01
×10－
2 m/s 2＝1.60 m/s 2. (3)根据图①知，当F ＝0.10 N 时，小车才开始运动，可知小车运动时受到的摩擦力f ＝
0.10 N ，图线的斜率表示质量的倒数，则m ＝0.100.50
kg ＝0.20 kg. 平衡摩擦力后，a 与F 成正比，图线的斜率不变，故正确图线为②.。