42实验探究加速度与力质量的关系 课时精练 高一上学期物理 人教版必修第一册.docx

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42实验探究加速度与力质量的关系课时精练高一上学期物理人教版必修第一册

4.2实验：

探究加速度与力、质量的关系

1．为了探究质量一定时加速度与力的关系。

一同学设计了如图所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为钩码的质量，为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于实验操作需要进行的是（　　）

A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

C．所挂钩码的质量尽量大一些

D．所挂钩码的质量尽量小一些

2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时（小盘和砝码的重力不变），探究加速度与质量的关系，以下说法中正确的是（　　）

A．平衡摩擦力时，应将小盘和砝码用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源

D．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量m和小盘与砝码的总质量m0，直接用公式

求出

3．如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a—F图线，下列说法正确的是（）

A．三条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量相同

B．三条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量不同

C．直线1对应的小车和砝码的质量最大

D．直线3对应的小车和砝码的质量最大

4．如图所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（　　）

A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2

B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1

C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2

D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x1

5．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，小车质量M和重物质量m分别选取下列四组值∶

①M=500g，m分别为70g、100g、125g、150g

②M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g

③M=200g，m分别为70g、75g、100g、125g

④M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g

在其他操作都相同且正确的情况下，选用___________组值测量后所作出的图像较准确。

在选用此组值时，m取__________时实验误差较大。

6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。

（1）下列说法中正确的是（______）

A．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小

B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量

C．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－

图像

D．选择器材测质量时，同时有天平和弹簧测力计，应优先选择弹簧测力计

（2）某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：

（小车质量保持不变）

F/N

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

a/（m·s－2）

0.10

0.20

0.28

0.40

0.52

①根据表中的数据在坐标图上作出a－F图像。

（________）

②图像不过原点的原因可能是___________。

7．为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图1所示实验装置。

请思考探究思路并回答下列问题：

（1）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是（______）

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）某学生在平衡摩擦力时，不慎使长木板倾角偏小。

则他所得到的a－F关系应该是图2中的哪根图线？

________（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）。

（3）某同学在实验中得到的纸带如图3所示，已知实验所用电源的频率为50Hz。

据纸带可求出小车的加速度大小为__________m/s2（结果保留两位有效数字）。

8．如图为用拉力传感器（能测量拉力的仪器）和速度传感器（能测量瞬时速度的仪器）探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置。

用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率。

（1）实验主要步骤如下：

①将拉力传感器固定在小车上。

②平衡摩擦力，让小车在不受拉力时做________运动。

③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使_________。

④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB。

⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作。

（2）下表中记录了实验测得的几组数据，

是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝________；请将表中第4次的实验数据填写完整（结果保留三位有效数字）。

次数

F/N

/（m2·s－2）

a/（m·s－2）

1

0.60

0.77

0.80

2

1.04

1.61

1.68

3

1.42

2.34

2.44

4

2.62

4.65

______

5

3.00

5.49

5.72

（3）由表中数据，在坐标纸上作出a－F关系图线。

（________）

（4）对比实验结果与理论计算得到的关系图线（图中已画出理论图线）。

造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是____________。

9．某实验小组利用图（a）所示实验装置探究加速度与力、质量的关系。

（1）下列做法正确的是__________。

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的小桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块，再接通打点计时器的电源

（2）为使小桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是:

小桶及桶内砝码的总质量___________（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）木块和木块上砝码的总质量。

（3）甲、乙两同学分别用此装置研究加速度a与拉力F的关系。

实验中，木块上均未放砝码，没有平衡摩擦力，分别得到图（b）中甲、乙两条直线。

设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为

甲、

乙，由图（b）可知，m甲___________m乙，

甲________

乙（均选填“大于”“小于”或“等于”）

参考答案

1．A

【详解】

AB．为了保证力传感器的读数为小车所受到的合外力，故在未挂钩码时，需要将木板的右端垫高以平衡摩擦力；悬挂后，则不需要再次平衡摩擦力，故A正确，B错误；

CD．平衡摩擦力后，由于力传感器能直接读出小车所受合外力的大小，故所挂钩码的质量不需要尽量小一些，也不需要尽量大一些，故CD错误；

故选A。

2．B

【详解】

A．在平衡摩擦力时，不应将小盘和砝码用细绳通过定滑轮连在小车上，而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置，使小车能在长木板上带着纸带匀速下滑即可，故A错误；

B．小车平衡摩擦力后，有

即

与小车的质量无关，所以每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；

C．操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故C错误；

D．牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论依据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出，故D错误。

故选B。

3．BD

【详解】

由

得

，斜率

，斜率越大，质量越小，故BD选项正确．

4．AD

【分析】

小车做初速度为零的匀加速运动，由牛顿第二定律求出加速度、由匀变速运动的位移公式可以分析答题。

【详解】

AB．当m1＝m2、F1＝2F2时，由F＝ma可知

a1＝2a2

由x＝

at2可得

x1＝2x2

故A正确，B错误；

CD．当m1＝2m2、F1＝F2时

a1＝

a2

由x＝

at2可得

x2＝2x1

故C错误，D正确；

故选AD。

【点睛】

应用牛顿第二定律与运动学公式即可正确解题，注意两小车的运动时间相等。

5．B50g

【详解】

[1]在做本实验时，是把砝码的重力当作小车受到的合外力来用了；以整体为对象：

则小车的加速度为

当

可以近似认为

所以砝码和砝码盘质量应远小于小车的质量，则符合题意的是B；

[2]当m越接近M的数值时误差就越大，所以在选用此组值时，m取50g时实验误差较大．

6．C

未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

【详解】

（1）[1]AB．该实验采用的是控制变量法，在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变。

在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，AB错误；

C．直线图像可以直观地反映两个变量之间的关系，所以实验时要作出a－

图像，C正确；

D．物体的质量应该用天平来测量，D错误。

故选C。

（2）[2]根据表中的数据在坐标图上作出的a－F图像如图所示

[3]从图中发现直线没过原点，当F≠0时，a＝0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了。

该同学实验操作中未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。

7．DD3.2

【详解】

（1）[1]平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力。

所以平衡时应将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，故ABC错误，D正确。

故选D。

（2）[2]把长木板的一端垫得过低，使得倾角偏小，会导致重力沿斜面向下的分力偏小，摩擦力偏大，而且重力沿斜面向下的分力小于摩擦力，这样在绳子的拉力大于摩擦力时，小车就会产生加速度，故选D。

（3）[3]计数点间的时间间隔

t＝2×0.02s＝0.04s

由匀变速直线运动的推论

Δx＝at2

可知加速度为

a＝

＝

×10－2m/s2≈3.2m/s2.

8．匀速直线细线与长木板平行

4.84（4.83~4.85之间也算对）

没有完全平衡摩擦力

【详解】

（1）②[1]平衡摩擦力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动。

③[2]为保证细线的拉力不变，细线必须与长木板平行。

（2）[3][4]由匀变速直线运动速度与位移的关系

可得

a＝

将

，L＝0.48m代入后，可得

a≈4.84m/s2.

（3）[5]如图所示。

（4）[6]由作出的a－F图象可知，当拉力F已经大于0时，小车的加速度仍然为0，故可能的原因是没有完全平衡摩擦力。

9．A远小于小于大于

【详解】

（1）[1]A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，A正确；

B．在调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力时，不能将装有砝码的小桶通过定滑轮拴在木块上，B错误；

C．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开木块，C错误。

故选A。

（2）[2]设小桶及桶内砝码的总质量为m，木块和木块上砝码的总质量M，对整体及木块分别由牛顿第二定律可得

联立可得

只有当

时，才有

，即应满足小桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量。

（3）[3][4]未平衡摩擦力，整体由牛顿第二定