高中 | 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系

探究加速度与物体受力、物体质量的关系

为探究物体质量一定时加速度与力的关系,小明设计了如图甲实验装置。

实验中,平衡摩擦力时,                  (选填“需要”或者“不需要”)将砂及砂桶用细线绕过定滑轮系在小车上。适当垫高木板一端,轻推小车,使得小车能匀速下滑则认为平衡摩擦力。之后改变砂和砂桶质量,                  (选填“需要”或者“不需要”)重新平衡摩擦力;

[["不需要","不需要"]]

平衡摩擦力时,不需要将砂和砂桶用细线绕过定滑轮系在小车上,只需要适当垫高木板一端,轻推小车,使得小车能匀速下滑。

平衡摩擦力之后,小车所受重力的下滑分力和摩擦力平衡,之后不需要再次平衡摩擦力;

小明根据实验数据作出图像如图乙,该图线不过原点并在末端发生弯曲,其原因是$(\quad\ \ \ \ )$;(选填字母代号)

["

木板右端垫起的高度过小(即平衡摩擦力不足)

","

木板右端垫起的高度过大(即平衡摩擦力过度)

","

砂和砂桶的总质量$m$远小于小车及车上砝码的总质量$M$

","

砂和砂桶的总质量$m$未远小于小车及车上砝码的总质量$M$

"]
[["AD"]]

$\rm AB$.该图线不过原点是因为平衡摩擦力不足,导致小车一开始没有加速度,故$\rm A$正确,$\rm B$错误;

$\rm CD$.设小车及车上砝码的总质量为$M$,砂和砂桶的总质量$m$

根据牛顿第二定律有$F=Ma$$mg − F=ma$,解得$F=\dfrac{Mmg}{m+M}$

由上式可知$M ≫ m$时,可以认为细绳拉力近似等于砂和砂桶的重力,即当$M ≫ m$这个条件不满足时,图像发生弯曲,故$\rm C$错误,$\rm D$正确;

故选:$\rm AD$

图丙为某次实验得到的纸带,相邻两个计数点之间的距离如图,已知交流电频率为$f$,则小车加速度的表达式为$a=$                 。(用$x_{1}$$x_{2}$$x_{3}$$x_{4}$$x_{5}$$x_{6}$$f$表示)

[["$\\dfrac{\\left( x_{4}+x_{5}+x_{6} \\right)-(x_{1}+x_{2}+x_{3})}{36}f^{2}$"]]

根据逐差公式$(x_{4}+x_{5}+x_{6}) − (x_{1}+x_{2}+x_{3})=a(3T)^{2}$,其中$T=2\dfrac{1}{f}$

解得$a=\dfrac{\left( x_{4}+x_{5}+x_{6} \right)-\left( x_{1}+x_{2}+x_{3} \right)}{36}f^{2}$

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