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

为了“探究物体质量一定时加速度与力的关系”,某同学设计了如图所示的实验装置,其中$M$为小车和小车上的滑轮的总质量,$m$为沙和沙桶的总质量,力传感器可测出轻绳的拉力大小。

关于本实验,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

需要用天平测出沙和沙桶的总质量

","

本实验不需要将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力

","

需要调整力传感器和定滑轮的高度,使连接它们的轻绳与长木板平行

","

实验中不需要$m$远小于$M$

"]
[["CD"]]

$\rm A$.力传感器可直接测拉力,无需测沙和沙桶质量,$\rm A$错误;

$\rm B$.实验需平衡摩擦力,将长木板右端垫高,使小车重力沿斜面分力平衡摩擦力,$\rm B$错误;

$\rm C$.调整力传感器和定滑轮高度,使轻绳与长木板平行,保证拉力沿运动方向,$\rm C$正确;

$\rm D$.力传感器测拉力,无需满足$m ≪ M$$\rm D$正确;

故选:$\rm CD$

该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个计时点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为$50\;\rm Hz$的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为                 $\;\rm m/s^{2}$(结果保留两位有效数字);

[["$0.81$"]]

打点计时器频率$f=50\;\rm Hz$,则周期$T_{0}=\dfrac{1}{f}=0.02\;\rm{s}$

相邻两计数点间还有四个计时点,所以计数点间时间间隔$T=5T_{0}=0.1\;\rm s$

根据逐差法公式$a=\dfrac{(x_{CD}+x_{CE})-(x_{AB}+x_{BC})}{4T^{2}}$

代入数据得$a=0.81\;\rm m/s^{2}$

该同学根据实验数据作出小车的加速度$a$与力传感器的示数$F$的关系图像,与本实验相符合的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

","

","

","

"]
[["A"]]

实验已平衡摩擦力,且力传感器直接测拉力$F$,小车质量$M$一定。根据牛顿第二定律$a=\dfrac{F_{合}}{M}$

因为$F_{合}=F$,所以$a$$F$成正比,图像应为过原点的倾斜直线。

$\rm A$.图像是过原点的倾斜直线,符合$a$$F$成正比关系,$\rm A$正确;

$\rm B$.图像弯曲,说明$a$$F$不成正比,$\rm B$错误;

$\rm C$.图像不过原点且有纵轴截距,不符合实验,$\rm C$错误;

$\rm D$.图像有横轴截距,说明未平衡摩擦力或平衡不足,$\rm D$错误;

故选:$\rm A$

$a-F$图像的斜率为$k$,则$M$$(\quad\ \ \ \ )$

["

$\\dfrac{1}{k}$

","

$k$

","

$\\dfrac{2}{k}$

","

$2k$

"]
[["C"]]

根据牛顿第二定律,小车受拉力$F$(力传感器示数),加速度$a$,且小车质量为$M$,但注意实验装置中,轻绳拉力通过滑轮作用,小车实际受合外力为$2F$,所以$2F=Ma$

$a=\dfrac{2F}{M}$

$a − F$图像斜率$k=\dfrac{2}{M}$

$M=\dfrac{2}{k}$

故选:$\rm C$

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