2020-2021学年新教材高中物理 第四章 运动和力的关系 2 实验：探究加速度与力、质量的关系练习（含解析）新人教版必修第一册.docx

1、第2节 实验:探究加速度与力、质量的关系考点1 实验原理与方法1.(山东烟台2019高一检测)(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,关于小车所受的合力,下列叙述中正确的是()。A.小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力B.小车所受的合力的大小等于小盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力C.只有平衡摩擦力之后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力D.只有平衡摩擦力之后,且当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时,小车所受合力的大小才可认为等于小盘和砝码的重力大小答案：CD解析：小盘与砝码的重力不可说成是小车所受的合力,A项错误;由于小车下滑必受摩擦力作用,平衡摩擦力之后(实际上是Mgsin =F

2、f),小车所受合力才等于细绳的拉力,B项错误,C项正确;平衡摩擦力之后,只有当小车质量M远大于小盘与砝码的总质量m(即Mm)时,细绳中的拉力大小才近似等于小盘和砝码的重力大小,小车所受合力大小才近似等于小盘和砝码的重力大小,D项正确。2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图4-2-1所示的装置。图4-2-1(1)本实验应用的实验方法是。A.控制变量法B.假设法 C.理想实验法 D.替代法答案：A解析：实验采用了控制变量法,即先保证物体质量不变,研究加速度与合力的关系,再保证物体受力不变,研究加速度与质量的关系。(2)下列说法中正确的是。A.在探究加速度与质量的关系时,应改变拉力的

3、大小B.在探究加速度与力的关系时,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-1m图像D.当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于小盘的和砝码的总重力大小答案：CD解析：探究a与m的关系时,保持F不变,改变m大小;探究a与F的关系时,保持m不变,改变F大小,故A、B错误。a-1m关系图像为过原点的直线,作出这个图像容易证明a与m成反比,C正确。只有小车的质量远大于小盘与砝码的总质量时,小车受到的合力大小才约等于小盘与砝码的总重力,D正确。3.下面是“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤:用天平测出小车质量M和小

4、盘质量m安装好打点计时器,在小车上装好纸带调整长木板的倾斜程度在小盘中放入适量的砝码m1保持小车质量一定时,探究加速度与力的关系保持小车所受拉力一定时,探究加速度与质量的关系(1)步骤的目的是。答案：平衡摩擦力解析：步骤是为了平衡掉小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力。(2)步骤中,要求小盘和砝码总质量(m+m1)小车质量M。答案：远小于解析：步骤中,要求小盘和砝码总质量(m+m1)远小于小车的质量M。(3)步骤和,表明该实验采用的科学方法是。答案：控制变量法解析：该实验采用的是控制变量法。4.(湖北武汉二中2019高一月考)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,渗透了研究问题的多种科学

5、方法。(1)实验环境的等效法:。答案：平衡摩擦力法 解析：由于小车运动受到摩擦阻力,所以要平衡摩擦力,以减小实验误差,称为平衡摩擦力法;(2)实验条件设计的科学方法:。答案：控制变量法解析：在探究加速度与力、质量的关系时,先保持其中一个量不变,探究其他两个量之间的关系,称为控制变量法;(3)实验原理的简化:,即当小车质量M车m沙时,细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g。答案：近似法解析：当小车质量M车m沙时,细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g,称为近似法;(4)实验数据处理的科学方法:。答案：图像法解析：通过图像研究实验的结果,称为图像法;(5)由a-M车图像转化为a

6、-1M车图像,所用的科学方法:。答案：化曲为直法解析：在作图时,由a-M车图像转化为a-1M车图像,使图线由曲线转化为直线,称为化曲为直法。(以上各题均选填“理想实验法”“图像法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)考点2数据记录与处理、实验结论5.(多选)甲、乙、丙、丁四位同学在做“探究加速度与物体质量、力的关系”的实验时(使用如图4-2-2所示的装置),设小车和车上砝码的总质量为M,小盘及盘中砝码的总质量为m,分别得出如图4-2-3中甲、乙、丙、丁四个图像,其中图甲、乙、丙是a-F图像,图丁是a-1M图像,则下列说法正确的是()。图4-2-2图4-2-3A.甲和乙较好

7、地把握了实验条件M远大于mB.丙和丁没有把握好实验条件M远大于mC.甲同学长木板的倾角太大,而乙同学长木板的倾角太小D.甲、乙、丙三位同学中,丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作答案：AD解析：因为题图甲和乙中都是直线,丙、丁中在a较小时,图线也是直线,说明满足小车质量和车上砝码的总质量之和M远大于小盘及盘中砝码的总质量m;题图丙经过坐标原点,说明平衡摩擦力比较到位。由题图甲可知,甲同学平衡摩擦力不够或没有平衡摩擦力,即木板倾角太小,由题图乙可知,乙同学平衡摩擦力过度,即木板倾角太大。6.(江苏南京2019高一质检)如图4-2-4所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系,小车上固定一个盒子,

8、盒子内盛有沙子。沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m,小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M。图4-2-4(1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比:从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中,称量并记录沙桶的总重力mg,将该力视为合外力F,对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出。多次改变合外力F的大小,每次都会得到一个相应的加速度。本次实验中,桶内的沙子取自小车中,故系统的总质量不变。以合外力F为横轴,以加速度a为纵轴,画出a-F图像,图像是一条过原点的直线。a-F图像斜率的物理意义是。你认为把沙桶的总重力mg当成合外力F是否合理?答:。(填“合理”或“不合理”)本次实验中,

9、是否应该满足Mm这样的条件?答:(填“是”或“否”);理由是。答案：1M+m合理否因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合外力就等于mg解析：将盒内的沙子转移到桶中,就保证了M+m不变,即系统的总质量不变,研究对象是整个系统,a=F合M+m=mgM+m,可见a-F图像斜率的物理意义是1M+m,系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg,不必满足Mm这样的条件。(2)验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反比:保持桶内沙子质量m不变,在盒子内添加或去掉一些沙子,验证加速度与质量的关系。本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故系统所受的合外力不变。用图像法处理数据时,以加速度a为纵轴,应该以的倒数为横

10、轴。答案：M+m解析：向盒子内添加或去掉部分沙子,是改变系统的总质量M+m,而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力mg,保证了合外力不变。7.(浙江杭州学军中学2019调研)为了探究“加速度与力的关系”,一同学设计了如图4-2-5所示的实验装置,其中M为带滑轮的小车的质量,m为沙和沙桶的总质量。(滑轮的质量不计)图4-2-5(1)实验时,一定要进行的操作是。(填选项前的字母)A.用天平测出沙和沙桶的质量B.将带滑轮的长木板左端垫高,以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数D.改变沙和沙桶的质量,打出几条纸带E.为减小误差,实验中一定要保证

11、沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M答案：BCD解析：小车上是动滑轮,因此小车所受拉力总为弹簧测力计示数的2倍,故A、E项多余。(2)该同学在实验中得到如图4-2-6所示的一条纸带,且相邻两计数点之间还有一个计时点没有画出,已知打点计时器所接交流电源的频率f=50 Hz。根据纸带上显示的相邻两计数点间的距离,可求出小车的加速度a=m/s2。(结果保留三位有效数字)图4-2-6图4-2-7答案：1.50解析：由x36-x03=a(3T)2,且T=0.022 s,解得a=1.50 m/s2。(3)以小车所受的拉力F(弹簧测力计示数的两倍)为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图像如图4-2-7所示。请回答下列问题:由题图可知,图线没过坐标原点,其原因可能是。可知小车的质量M=。(用图像中的符号表示)答案：长木板没有垫高,或垫高后的倾角较小(或平衡摩擦力不够)F2-F1a1解析：从题图知F=F10时a=0,表明未平衡摩擦或平衡摩擦力不够。设小车所受摩擦阻力为f,对小车有F-f=Ma,变式a=1MF-fM。由a-F图像可知斜率1M=a1F2-F1,解得M=F2-F1a1。