秋高一物理人教版必修1随堂练习42 实验探究加速度和力质量的关系.docx

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秋高一物理人教版必修1随堂练习42实验探究加速度和力质量的关系

实验：

探究加速度与力、质量的关系

1．在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。

这种研究物理问题的科学方法是

A．建立理想模型的方法

B．控制变量法

C．等效替代法

D．类比法

2．（2019·广东省普通高中学业水平考试）用图所示装置做“验证牛顿运动定律”的实验，在平衡摩擦力的过程中，下列操作正确的是

A．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上匀速运动

B．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动

C．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上静止

D．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上静止

3．（2019·江苏省扬州市高二学业水平测试调研）某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验．实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是

A．避免小车在运动过程中发生抖动

B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰

C．保证小车最终能够做匀速直线运动

D．使细线拉力等于小车受到的合力

4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法正确的是

A．在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源

B．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力

的大小

C．在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出

图象

D．在探究加速度与力的关系时，作

图象应该用折线将所描的点依次连接

5．在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足

为砂桶及砂桶中砂的质量

的条件，结果得到的图象应是

6．（2019·山东省菏泽第一中学高一上学期期末）如图是探究加速度与力、质量的关系的实验方案之一，通过位移的测量来代替加速度的测量，即

，用这种替代成立的操作要求是

A．实验前必须先平衡摩擦力

B．必须保证两小车的运动时间相等

C．两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动

D．小车所受的水平拉力大小可以认为是砝码（包括小盘）的重力大小

7．（2019·陕西省西安中学高一上学期期末）在物理学的发展进程中，科学的物理思想与方法对物理学的发展起到了重要作用，下列关于物理学史及物理学思想的说法中正确的是

A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，能用实验直接验证

B．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了微元思想

C．在探究加速度与力和质量关系的实验中，“将砝码和砝码盘的重力近似等于细线的拉力”利用了等效替代的思想

D．伽利略认为重的物体比轻的物体下落的更快

8．（2019·四川省凉山州高一上学期期末）如图为“用位移传感器、数据采集器等仪器研究加速度和力的关系”的实验装置。

（1）在实验中采用的方法是______法。

实验中保持小车总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合外力，用DIS（数字化信息系统）测小车的加速度。

（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，根据测得的多组数据可画出a–F关系图线如图。

①分析此图线的OA段（直线）可得出的实验结论是：

在质量不变时_______________________。

②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是____________。

A．所挂钩码的总质量太大

B．所用小车的质量太大

9．（2019·浙江省温州九校高二上学期期中）某同学在进行“探究加速度与力和质量的关系”实验时，经历了以下过程：

（1）在实验准备过程中，发现实验室有两种打点计时器如图甲乙所示，该同学决定使用甲，则应选择图中____________（选填“A”或“B”）电源搭配使用。

（2）为减小误差，实验中应该采取的措施是___________。

A．重物的质量应远小于小车的质量

B．先释放纸带，后接通电源

C．调节滑轮使拉小车的细线和木板平行

D．释放时小车应靠近打点计时器

（3）该同学欲通过图丙所示装置打出的纸带（图丁）来判断是否已经平衡摩擦力。

该同学正确操作实验后，想通过纸带的点迹判断：

为进一步平衡摩擦力，图丙中垫块应该向______（选填“A端”或“B端”）移一些。

10．在“探究加速度和力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：

（1）实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的___________________；

（2）在实验操作中，下列说法正确的是____________（填序号）

A．实验中，若要将砝码（包括砝码盘）的重力大小作为小车所受拉力F的大小应让小车质量远大于砝码（包括砝码盘）的重力

B．实验时，应先放开小车，再接通打点计时器的电源

C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度

D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系

（3）右图为研究“在外力一定的条件下，小车的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量。

设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车的质量为____。

11．（2019·广东省汕头市高三二模）某同学在“验证牛顿第二定律”的实验中，设计了如图甲所示的实验。

质量均为M的两重物A和B通过细绳跨过光滑的定滑轮，重物A下方连接纸带，纸带穿过固定在铁架台上的打点计时器，不计空气阻力，重力加速度为g。

（1）在重物B的下端挂上质量为m的钩码，接通打点计时器，由静止释放重物B。

打点计时器打出一条纸带，其部分计数点的点迹如图乙所示，其中相邻两计数点间有四个点未标出。

已知交流电源的频率为50Hz，可计算出重物A运动的加速度大小为__________m/s2（计算结果保留两位有效数字）。

（2）改变钩码的质量m，重做该实验。

该同学根据多组实验数据得出重物A的加速度与钩码所受的重力关系的如图丙图象所示，得到了一段直线图线，则该实验满足m__________M（选填“远大于”、“接近于”或“远小于”）。

该直线的斜率k=__________。

12．光电门在测量物体的瞬时速度方面有得天独厚的优势，比如在探究加速度和力的关系时就省去了打点计时器分析纸带的不便，实验装置如图甲所示。

（1）测量遮光条的宽度，游标卡尺测量的结果如图乙所示，遮光条宽度d为________cm。

（2）某次实验过程中，已经得到AB之间的距离l和遮光条通过光电门的时间t和力传感器的示数F，若要完成探究目的，还需要满足的条件是______________。

若要以F为横坐标，做出一条倾斜的直线来判断加速度和力成正比，那么纵坐标的物理量应该是_______（选填

或

）。

13．（2019·江苏省海安高级中学高二月考）如图为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置示意图。

图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源。

（1）保持质量一定改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出关系图线，如图右所示；分析此图线的OA段可得出的实验结论是_____________；此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_____________。

（2）有关实验操作，下列说法中正确的是_____________。

A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上

B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行

C．此实验只需平衡一次摩擦力

D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车

（3）如图为实验中获得的某一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间有四个点没有画出，若电源频率为50Hz，则D点的速度为v=_________m/s，加速度的大小a=_____________m/s2（结果保留2位有效数字）。

14．某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。

图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。

本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。

实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N–n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。

释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s–t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。

（3）对应于不同的n的a值见下表。

n=2时的s–t图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

n

1

2

3

4

5

0.20

0.58

0.78

1.00

（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a–n图象。

从图象可以看出：

当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

（5）利用a–n图象求得小车（空载）的质量为___________kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8m·s–2）。

（6）若以“保持木板水平”来代替步骤

（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项前的标号）

A．a–n图线不再是直线

B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

参考答案

1．B【解析】在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，B正确。

2．B【解析】在平衡摩擦力时不应挂砂桶，但是要挂纸带，调节斜面的倾角，即移动木块，给小车一个初速度，使小车做匀速直线运动即可，故选项B正确，A、C、D错误。

3．D【解析】使牵引小车的细绳与木板平行，这样做的目的是可在平衡摩擦力后使用细绳拉力等于小车受的合力。

故选D。

4．C【解析】A．实验时应先接通电源然后再放开小车，故A错误；B．在探究加速度与质量的关系时，应该保持小车的拉力F不变，改变小车的质量，故B错误；C．要直观的反映两个量之间的关系，可以通过作图来解决，但是只有作出一条直线，才可以直观的反映两个变量之间的关系，在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a−1/m图象，a−1/m图象为过坐标原点的倾斜直线，说明a与1/m成正比，故C正确；D．在探究加速度与力的关系时，作a−F图象应该用平滑的直线将所描的点依次连接，故D错误。

故选C。

5．D【解析】随着

增大，小车质量在减小，因此小车质量不再满足远大于砂和砂桶的质量，加速度不可能一直均匀增大，加速度的增大幅度将逐渐减小，最后趋近与定值g，D正确。

6．BC【解析】BC、对于初速度为零的匀加速直线运动，根据

，得

，当两个初速度为零的匀变速直线运动的物体的运动时间t相同时，

；故B、C正确；A、当桌面对小车有摩擦力时，小车在重物牵引下的运动也是匀变速直线运动，故实验前不需要先平衡摩擦力，选项A错误；D、当小车所受的水平拉力大小不等于砝码（包括小盘）的重力大小时，小车也做初速度为零的匀变速直线运动，故选项D错误。

故选BC。

7．B【解析】牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，但是不能用实验直接验证，选项A错误；在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了微元思想，选项B正确；在探究加速度与力和质量关系的实验中，“将砝码和砝码盘的重力近似等于细线的拉力”利用了近似计算法。

故C错误；伽利略认为轻重物体下落的同样快，选项D错误；故选B。

8．

（1）控制变量

（2）①加速度与合外力成正比②A

【解析】

（1）因为要探索“加速度和力的关系”的实验中有三个变量，所以采用控制变量法。

（2）①由于OA段a–F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比。

②由实验原理：

mg=Ma，得：

，而实际上是：

，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的，故A正确，B错误。

9．

（1）A

（2）ACD（3）A端

【解析】

（1）甲是电磁打点计时器，工作电压一般为4~6V的交流电源，所以应选择图中A电源搭配使用；

（2）A、以整体为研究对象有

，解得

，以

为研究对象，绳子的拉力

，显然要有

必有

，故有

，即只有

时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，故选项A正确；B、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带（随物体）开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故选项B错误；C、实验前需要调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故选项C正确；D、为了在纸带打更多的点，开始实验时小车应放在靠近打点计时器一端，故选项D正确；

（3）由于小车向左运动，根据纸带上点的分布得到小车做减速运动，摩擦力大于重力沿斜面向下的分力，即平衡摩擦力过小，所以垫块应向A端移动一些，增大倾角。

10．

（1）平衡摩擦力

（2）AD（3）

【解析】

（1）实验时，我们认为绳子的拉力是小车受到的合外力，为达到这个目的，我们要先要将带有滑轮的木板另一端垫起，目的是平衡摩擦力。

（2）把M、m看成一个整体，根据牛顿第二定律得：

mg=（M+m）a，对M分析可得绳子的拉力为：

F=Ma，联立解得：

，知当砝码总质量远小于滑块质量时，滑块所受的拉力等于砝码的总重力，所以应满足的条件是砝码的总质量远小于滑块的质量，故A正确；使用打点计时器时，

都应该先开电源，后释放纸带，故B错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故μ=tanθ，与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，故D正确。

（3）对小车，根据牛顿第二定律得：

F=（m+M）a，变形得：

，在

图象中，图线的斜率表示

，则

，在

图象中图象的截距为：

，可得：

。

11．

（1）0.80

（2）远小于（3）

【解析】

（1）重物A、B做匀变速直线运动，加速度大小相等，分析纸带，利用逐差法，解得重物A运动的加速度

。

（2）研究重物A、B组成的整体，当钩码质量m远小于重物质量M时，根据牛顿第二定律可知，mg＝2Ma，解得

，对照图象可知，该直线的斜率为

。

12．

（1）0.225

（2）滑块由A点静止释放

【解析】

（1）20格的游标卡尺的精度为0.05mm，游标卡尺的主尺读数为2mm，游标读数为0.05×5mm=0.25mm，所以最终读数为：

2mm+0.25mm=2.25mm=0.225cm。

（2）若要完成探究目的，实验时，将滑块从A位置必须由静止释放；由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。

根据运动学公式得若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离l。

由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：

v2=2al，v=

，a=F/M，可得：

，解得：

F=

。

13．

（1）加速度与外力成正比不满足钩码的质量远小于小车的质量

（2）BCD（3）1.63.5

【解析】

（1）分析此图线的OA段可得出的实验结论是加速度与外力成正比；此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是不满足钩码的质量远小于小车的质量；

（2）平衡摩擦力时，应不挂砝码盘及盘内砝码，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动即可，选项A错误；连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行，以保证绳子的拉力等于小车的牵引力，选项B正确；此实验只需平衡一次摩擦力，即改变小车质量时不需再平衡摩擦力，选项C正确；小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车，选项D正确。

（3）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度：

，

根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，

得：

。

14．（3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC

【解析】（3）因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，故将（2，0.78）代入

可得

。

（4）根据描点法可得如图所示图线。

（5）根据牛顿第二定律可得

，代入m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得

。

（6）因为如果不平衡摩擦力，则满足

的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，A错误B正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故C正确