《全品選考復習方案》實驗四探究加速度與物體受力、物體質量的關系1.某課外興趣小組利用如圖甲所示的實驗裝置研究“小車加速度與力、質量的關系”.實驗中滿足重物質量遠小于小車質量,小車所受拉力F可視為與重物重力大小相等.(1)圖乙是A組同學根據測量數據作出的a?F圖線,圖線不過原點的原因是C(填選項前字母)

A.先釋放小車,再接通電源B.重物質量沒有遠小于小車的質量C.平衡摩擦力時木板沒有滑輪的一端墊得過高D.沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(2)圖丙是B組同學在正確操作下獲得的一條紙帶,打點計時器的頻率為50Hz,其中0、1、2、3、4每兩點之間還有4個點沒有標出.各計數點到0點的距離已在圖中標出,根據圖可求得計數點2所代表時刻的瞬時速度大小v2=0.19m/s,小車的加速度a=0.20m/s2.(計算結果均保留兩位有效數字)

(3)圖丁是正確操作下獲得的a?F圖線,由圖像求出小車的總質量為0.13kg;在考慮系統誤差的情況下,所測量的小車質量大于(填“大于”“等于”或“小于”)小車的真實質量.(計算結果均保留兩位有效數字)

[解析](1)圖中當F=0時,a≠0,也就是說當繩子上沒有拉力時,小車的加速度不為0,說明小車的所受的摩擦力小于小車所受重力的分力,所以原因是平衡摩擦力時木板沒有滑輪的一端墊得過高,故選C.(2)根據勻變速直線運動某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得v2=x132T=0.19m/s,根據Δx=aT2,由逐差法計算加速度可得a=x24?x024(3)根據牛頓第二定律有a=FM,則1M=1.600.20kg-1=8kg-1,解得M=0.125kg≈0.13kg;考慮系統誤差的情況下,拉力F測量值大于真實值,則斜率測量值偏小2.某物理興趣小組用如圖甲所示的裝置研究加速度與力和質量的關系.帶擋光片的物體A內有若干質量均為m0的小鐵片,初態時A、B系統剛好靜止,物體A、B的質量相等.(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度d,如圖乙所示,則擋光片的寬度d=0.560cm.

(2)測量擋光片到光電門中心的距離為h,將A中的1個小鐵片移到B中,由靜止釋放A,記錄擋光片的擋光時間t1.(3)將A中的2個小鐵片移到B中,在相同的初始位置由靜止釋放A,記錄擋光片的擋光時間t2.(4)多次重復,得到移動的小鐵片的數量n和對應的擋光時間tn.(5)以n為橫坐標,以

1tn2為縱坐標,將實驗測得的數據描點連線,若得到一條傾斜的直線,則表明物體的加速度與質量成反比(6)請寫出一條產生實驗誤差的原因實驗中有阻力.

[解析](1)擋光片的寬度d=0.5cm+0.05×12mm=0.560cm.(5)設向B中轉移n個鐵片,A、B質量均為M,繩中張力為FT,對B,根據牛頓第二定律有(nm0+M)g-FT=(nm0+M)a,對A,根據第二定律有FT-(M-nm0)g=(M-nm0)a,聯立得a=m0gMn,又h=12atn2,解得1tn2=m0(3)產生實驗誤差的原因:實驗中有阻力.3.[2022·山東卷]在天宮課堂中,我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質量的實驗,受此啟發,某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計了測量物體質量的實驗.如圖甲所示,主要步驟如下:①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上,加速度傳感器固定在滑塊上;②接通氣源,放上滑塊,調平氣墊導軌;③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊,彈簧處于原長時滑塊左端位于O點,A點到O點的距離為5.00cm,拉動滑塊使其左端處于A點,由靜止釋放并開始計時;④計算機采集獲取數據,得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像,部分圖像如圖乙所示.回答以下問題(結果均保留兩位有效數字):(1)彈簧的勁度系數為12N/m.

(2)該同學從圖乙中提取某些時刻F與a的數據,畫出a?F圖像如圖丙中Ⅰ所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質量為0.20kg.

(3)該同學在滑塊上增加待測物體,重復上述實驗步驟,在圖丙中畫出新的a?F圖像Ⅱ,則待測物體的質量為0.13kg.

[解析](1)由題知,開始時彈簧的伸長量為5.00cm,彈力F=0.610N,根據胡克定律可知k=FΔx,計算出k≈12N/m(2)根據牛頓第二定律F=ma得a=1m×F,故a?F圖像的斜率等于滑塊與加速度傳感器的總質量的倒數,根據圖丙中的Ⅰ圖線,求得斜率k=1m=3?00.6kg-1=5kg-1,則滑塊與加速度傳感器的總質量為m=0(3)同理滑塊上增加待測物體后,a?F圖像的