人教版高中物理第四章运动和力的关系第2节 实验探究加速度与力质量的关系.docx

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人教版高中物理第四章运动和力的关系第2节实验探究加速度与力质量的关系

第四章运动和力的关系

第2节实验：

探究加速度与力、质量的关系

1．某实验小组用如图甲所示装置探究物体的加速度与合外力的关系。

（1）如图乙所示为实验中打出的一条纸带，纸带上相邻两个计数点之间还有4个点迹未标出。

已知所用电源的频率为50Hz，由纸带上标出的数据可知小车的加速度大小为a=_____________________m/s2。

（2）实验中保持小车的总质量M不变，若将力传感器的示数作为小车受到的合力F。

如果根据实验数据作出的F－a图象如图丙所示，则图象未经过原点的原因是______；根据图丙中数据可知小车的总质量为_________kg。

2．“探究加速度与力关系”的实验装置如图甲所示，实验中通过传感器将绳中拉力大小的信息以无线方式传输给数据采集系统，用打点计时器打出的纸带求出小车运动的加速度：

（1）下列实验要求中正确的是________；

A．细线不需要与木板平行

B．可以不平衡摩擦力

C．砝码和托盘总质量不需要远小于小车的质量

D．需要测量砝码和托盘的总质量

（2）实验中得到一条打点的纸带如图乙所示，取A到G共7个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得AD间距离为x1、AG间距离为x2，则打点计时器打下D点时小车的速度大小为________，小车加速度大小为________；

（3）实验中保持小车质量不变，改变砝码的质量，测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a，作出a—F图像。

下列图像中正确的是________。

A．

B．

C．

D．

3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如下图1所示的装置，其中砂桶质量为m,小车质量为M，打点计时器使用的交流电频率为50Hz。

（1）实验前，在进行平衡摩擦力的操作时，下列注意事项正确的是_______。

A．应该让小车连接纸带并穿过打点计时器

B．必须让小车连接砂桶

C．纸带和砂桶都应连接

D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力

（2）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图2所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.1mm、12.0mm、14.1mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车速度为______m/s，小车的加速度为______m/s2（结果保留一位小数）。

（3）该实验用到了__________科学方法，为了让砂桶的总重力表示绳子的拉力，应该满足_____________条件。

（4）该同学通过数据的处理作出了a−F图象，如图3所示，则图中直线不过原点的原因可能是_____。

4．某同学用图甲所示装置来探究小车的加速度与力的关系，小车（含车中重物）的质量为M，细线下端悬挂钩码拉动小车，小车运动的加速度为a。

（1）关于实验操作，下列做法正确的是__。

A．在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，在细线的下端要悬挂钩码

B．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源

C．实验中，应保持小车（含车中重物）的质量M不变

D．实验中，需要满足钩码的质量m远小于小车的质量M

（2）图乙是某个同学实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的五个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。

已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度vB＝_____m/s，小车的加速度a＝____m/s2。

（保留2位有效数字）

（3）某同学根据所测数据得到了小车运动的a—F图象如下图所示，由图像可知，该组同学完成实验用的小车质量是__。

A．0.25kg

B．0.50kg

C．1.0kg

D．2.0kg

5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置进行研究：

（1）为了消除摩擦力对实验的影响，应采取的做法是_____（填相应的字母）

A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

B．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动

C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动

D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

（2）实验时某同学把木板的一端垫得过高，则该同学得到的a−F图像应该为下图中的_____

（3）为了减小实验误差，所挂钩码的质量应_____小车的质量。

（填“远小于”或“远大于”）

6．甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。

已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题：

（1）甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是________；

（2）实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是________；

（3）实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的aF图线如图丁中A、

B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是________。

（4）实验时，乙组同学得到的一条纸带如图戊所示，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，打点计时器所用电源的频率为50Hz，根据所标的测量数据可算得：

小车的加速度为________m/s2，打下2点时小车的速度为________m/s。

7．甲、乙两实验小组在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，均采用如图所示的实验装置。

小车及车中砝码的质量用M表示，砂和砂桶的质量用m表示。

（1）关于m和M质量的选取，甲组同学选择了最合理的一组数据，这组数据是________

A．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g

B．M=100g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g

C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g

D．M=300g，m=30g、50g、70g、90g、110g、130g、150g

（2）乙组同学在实验中保持砂和砂桶的质量不变，通过增减放在小车中的砝码改变小车和砝码的总质量M，根据测得的多组a与M的关系作出a-

图线。

画出图线后，发现当

较大时，图线发生了弯曲。

对实验方案进行修正，可避免图线末端发生弯曲的现象，该修正方案可能是________

A．改画a与

的关系图

B．改画a与M+m关系图线

C．改画a与

关系图线

D．改画a与

关系图线

8．用图1所示的实验装置研究加速度与物体受力、物体质量之间的关系。

（1）研究加速度与物体质量之间的关系的主要实验步骤如下：

a.用天平测出小车的质量m0。

b.安装好实验器材，调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力。

c.在小桶内装砂，用细绳悬挂小桶并绕过滑轮系在小车上，调整细绳方向与木板平行。

d.接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点；断开电源，取下纸带并在纸带上标上编号。

e.保持砂和桶的总质量不变，多次在小车上加放砝码以改变小车的总质量m，并做好记录，重复步骤d。

f.求出每条纸带对应的加速度并填入表中；在坐标纸上建立坐标系，描点作图，以研究加速度与质量的关系。

综合上述实验步骤，请你完成以下任务：

①实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，在此过程中，下列说法正确的是_____。

A．小车后面不能拖纸带

B．系在小车的细绳上不能悬挂小桶

C．打点计时器必须接通电源

②图2所示为实验中得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T=0.10s，由图中数据可计算出小车的加速度a=_______m/s2。

（结果保留2位有效数字）

③若实验中砂和桶的总质量为

，则从理论分析可得砂和桶的总重力

与细绳对小车的拉力F的大小关系为

________F（选填“略大于”、“等于”或“略小于”）。

（2）某同学在研究加速度与物体受力之间的关系时改进了实验方案，他用无线力传感器来测量小车受到的拉力。

如图3所示，他将无线力传感器和小车固定在一起，将系着砂桶的细绳系在传感器的挂钩上，调整细绳方向与木板平行。

请判断在改进后的实验中以下步骤是否还有必要（选填“有必要”或“没必要”）。

步骤

是否有必要

调整木板倾角平衡摩擦力和其他阻力

___________

控制砂和桶的总质量应远小于小车和车内砝码的总质量

___________

9．某校兴趣小组按照人教版参考案例来探究“加速度与力、质量的关系”他们准备了质量相等的小车A、B放在木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中放重物，盘和重物的总重力等于小车所受合外力（如图1）。

两辆小车后端也各系一条细线，用一个黑板擦把两条细线同时按在桌上使小车静止，抬起黑板擦，两小车同时开始运动，再按下黑板擦，两车又同时停止运动（如图2））为了改变小车的质量，可以在小车中增减重物。

（1）实验在操作时，下面说法正确的是_______。

A．本实验需要平衡摩擦力的

B．平衡摩擦力方法，取下盘中重物，让空盘拉着小车做匀速直线运动

C．测出两小车后接线处到黑板擦再按下处的细线长度之比即为两小车的加速度之比

D．为保证实验的准确度，盘和重物的质量要远小于小车的质量

（2）实验中需要测量的物理量是________。

A．小车的运动时间

B．小车通过的位移

C．盘和盘中重物的总质量

D．车和车上重物的总质量

（3）在本实验中，可通过位移的测量来代替加速度的测量，使用这种方法需要满足的条件是两小车的_______相同。

（4）研究加速度与力的关系时，应使两小车________相等，实验中当再次按下黑板擦时小车_______（填能、不能）同时停下来。

10．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：

（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。

两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。

抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。

对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。

关于实验条件，下列正确的是：

________（选填选项前的字母）。

A．小车质量相同，钩码质量不同

B．小车质量不同，钩码质量相同

C．小车质量不同，钩码质量不同

（2）某同学为了定量验证

（1）中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度

与质量

的7组实验数据，如下表所示。

在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出

图像______。

次数

1

2

3

4

5

6

7

0.62

0.56

0.48

0.40

0.32

0.24

0.15

0.25

0.29

0.33

0.40

0.50

0.71

1.00

（3）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。

请在图3中画出小车受力的示意图。

为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：

__________（选填选项前的字母）。

A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力

B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力

C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力

D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力

11．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置，他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处静止释放。

（1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=________mm。

（2）实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是____________________。

（3）改变钩码的质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________图像（选填“

”“

”或“

”）。

12．某实验小组利用如图所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系。

（1）由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离s=24cm，由图中游标卡尺测得遮光条的宽度d=________cm。

该实验小组在做实验时，将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1和遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块的加速度的表达式a=________（以上表达式均用字母表示）；

（2）在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到下表所示的实验数据，请在图所示坐标系中描点作出相应图象______________。

m/g

250

300

350

400

500

800

a/（m·s－2）

2.02

1.65

1.33

1.25

1.00

0.63

参考答案

1．1.98未平衡摩擦力（或平衡摩擦力不足）0.8

2．C

C

3．A0.854.9控制变量m远小于M平衡摩擦力过度

4．CD0.320.93B

5．DC远小于

6．甲、乙、丙甲C、A、B0.160.36

7．CA

8．BC1.1略大于有必要没必要

9．ADBCD运动时间质量不能

10．B

AD

11．2.25A位置到光电门的距离L

12．0.52