2021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、质量的关系检测（含解析）新人教版必修第一册.docx

1、实验：探究加速度与力、质量的关系【基础巩固】1.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.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车B.平衡摩擦力时,应将槽码用细绳通过定滑轮系在小车上C.改变小车的质量再次进行实验时,需要重新平衡摩擦力D.槽码所受重力就是小车做加速运动的拉力答案:A2.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,作出了如图所示的图像,图中三线表示实验中( )A.平衡摩擦力的角度不同B.小车和重物的总质量不同C.槽码的质量不同D.木板的长度不同答案:B3.(多选)如图所示,在探究加速度与力、质量的关系实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中放

2、入重物后,车的总质量分别为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=2x2B.当m1=m2、F1=2F2时,x2=2x1C.当m1=2m2、F1=F2时,x1=2x2D.当m1=2m2、F1=F2时,x2=2x1解析:当m1=m2、F1=2F2时,可知,a1=2a2,由x=12at2可得,x1=2x2,选项A正确,选项B错误;当m1=2m2、F1=F2时,可知a1=12a2,由x=12at2可得,x2=2x1,故选项C错误,选项D正确.答案:AD4.(多选)某些同学根据探究加速度与力、质量的关系实验

3、数据画出了以下图像,下列说法正确的是() 甲 乙 丙 丁A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小解析:a-F图像纵轴有截距说明力F为0时加速度不为0,平衡摩擦力时长木板倾角过大;横轴有截距说明施加力F后加速度有一过程仍为0,说明倾角过小,平衡摩擦力不足.选项A正确,选项C错误.a-1m图像纵轴有截距说明平衡摩擦力时长木板倾角过大,平衡摩擦力过大;而横轴有截距,说明平衡摩擦力不足,长木板倾角过小.选项B错误,选项D正确.答案:AD5.用如图所示的装置探究

4、作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量m的关系,某位同学设计的实验步骤如下:A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量;B.按图安装好实验器材;C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶;D.将电磁打点计时器接在6 V的蓄电池上,接通电源,放开小车,让打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;E.保持沙桶及其中沙子的质量不变,增加小车上的砝码,并记录每次增加后的总质量,重复上述实验;F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;G.作a-m关系图像,并由图像确定a-m关系.(1)该同学漏掉的重要实验步骤是,该步骤应排在步骤实验之后.(2)在上述步骤中,有错误的是,应把改为.(3)在

5、上述步骤中,处理不恰当的是,应把改为.解析:(1)实验中小车所受合力大小近似等于小桶及沙子的总重力的大小,故必须平衡摩擦力.(2)电磁打点计时器接在6 V的蓄电池上将无法工作,必须接在低压交变电源上.(3)作a-m关系图像得到的是双曲线,很难做出正确的判断,必须“化曲为直”,改为a-1m关系图像.答案:(1)平衡摩擦力B (2)D6 V的蓄电池低压交变电源(3)Ga-ma-1m6.某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的钩码探究加速度与力的关系,实验装置如图甲所示. 甲 乙 丙 (1)图乙是实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可得

6、小车的加速度a为m/s2.(2)该实验小组以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F为横轴,作出的图像如图丙中图线1所示,发现图线不过原点,怀疑在测量力时不准确,他们将实验进行了改装,将一个力传感器安装在小车上,直接测量细绳拉小车的力F,作出的a-F图线如图丙中图线2所示,则图线不过原点的原因是 ,对于图像上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,其原因是 .(3)该实验小组在正确操作实验后,以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F和传感器测得的F为横轴作图像,要使两条图线基本重合,需满足的条件是 .解析:(1)根据x=at2,运用逐差法得a=xBD-xOB4t2=(4.04-1.63-1.63

7、)10-240.01 m/s2=0.195 m/s2.(2)由图线可知,F大于0时,a为0,可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.力传感器可以直接得出绳子拉力的大小,用钩码的重力表示绳子的拉力,必须满足钩码的质量远小于小车的质量,否则绳子的拉力实际上明显小于钩码的重力.所以对于图线上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,原因是钩码的质量未远小于小车的质量.(3)要使两条图线基本重合,需要满足钩码的质量远小于小车的质量这一条件.答案:(1)0.195 (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足钩码的质量未远小于小车的质量 (3)钩码质量远小于小车质量【拓展提高】7.某研究性学习小组分别用图

8、甲所示的装置进行探究加速度与合力的关系实验.装置中,小车质量为m,沙桶和沙子的总质量为m,通过改变m来改变小车所受的合力大小,小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出.现保持小车质量m不变,逐渐增大沙桶和沙的总质量m进行多次实验,得到多组a、F值(F为弹簧测力计的示数).甲(1)为了减小实验误差,下列做法正确的是。A.需平衡小车和纸带受到的摩擦力B.沙桶和沙的总质量要远小于小车的质量C.滑轮摩擦足够小,绳的质量要足够轻D.先释放小车,后接通打点计时器的电源(2)某同学根据实验数据画出了图乙所示的一条过坐标原点的倾斜直线,其中纵轴为小车的加速度大小,横轴应为。乙A.1m B.1m C.mg D.F

9、(3)当沙桶和沙的总质量较大导致a较大时,图线 。A.逐渐偏向纵轴B.逐渐偏向横轴C.仍保持原方向不变解析:(1)实验前需要平衡摩擦力,使小车受到的合力等于绳子的拉力,选项A正确;小车受到的拉力可以由弹簧测力计测出,沙桶和沙的总质量不需要远小于小车的质量,选项B错误;滑轮的摩擦和绳子的质量会影响弹簧测力计示数,所以要求滑轮摩擦足够小,绳的质量足够轻,选项C正确;应先接通打点计时器的电源,再释放小车,选项D错误.(2)探究加速度与合力的关系实验要控制小车质量不变,故应作出a-F图像,选项D正确.(3)a-F图像中图线的斜率为小车质量的倒数,本实验中,小车质量m不变,因此当沙桶和沙的总质量较大导致

10、a较大时,a-F图像仍保持原方向不变,仍然是一条直线,故选项C正确.答案:(1)AC(2)D(3)C8.某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体受力的关系,已知小车的质量为m,单个钩码的质量为m,打点计时器所接的电源的频率为50 Hz,动滑轮质量不计,实验步骤如下:甲按图示安装好实验装置,其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直;调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板匀速运动;挂上钩码,接通电源后,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求出小车的加速度;改变钩码的数量,重复步骤,求得小车在不同合力作用下的加速度.根据上述实验过程,回答以下问题.(1)对于上述实验,下列说法正确的是.A.钩码的

11、质量应远小于小车的质量B.为了实验安全,打点计时器接直流电源C.与小车相连的细线与长木板一定要平行D.弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示,图中两相邻计数点间还有4个点未画出,由该纸带可求得小车的加速度a=m/s2(结果保留两位有效数字).乙(3)若电源的实际频率大于50 Hz,则(2)中加速度a的计算结果与实际值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”).(4)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像,与本实验相符的是. A B C D (5)若实验步骤中,让长木板水平放置,没有平衡摩擦力,其余实验步骤不变且操作正确,读出弹簧测力计的示

12、数F,处理纸带,得到小车运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验,以弹簧测力计的示数F为纵坐标,以加速度a为横坐标,得到的图像是纵轴截距为b的一条倾斜直线,如图丙所示.已知小车的质量为m,重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦,则小车和长木板之间的动摩擦因数=.丙解析:(1)由图示实验装置可知,弹簧测力计可以测出细线对小车的拉力,实验不需要满足钩码的质量远小于小车的质量,选项A错误;打点计时器使用交变电源,选项B错误;为使小车受到的拉力等于细线的拉力,应调节滑轮的高度使与小车相连的细线与长木板平行,选项C正确;实验过程中,钩码向下加速运动,故弹簧测力计的读数小于钩码重力

13、的一半,选项D错误.(2)由图示纸带可知,相邻两个计数点之间的时间间隔t=50.02 s=0.1 s,由匀变速直线运动的推论x=at2,利用逐差法,可得加速度a=x3+x4-x1-x24t2=0.88 m/s2.(3)若电源的实际频率大于50 Hz,打点计时器打点的时间间隔小于0.02 s,相邻两计数点间的时间间隔小于0.1 s,计算加速度时所用时间t偏大,加速度的测量值小于真实值,即计算结果与实际值相比偏小.(4)由装置及实验步骤可知,已经平衡摩擦力,小车受到的拉力F可以由弹簧测力计测出,小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比,即a-F图线为过原点的一条倾斜直线,由图示可知,选项B、C、D错误,选项A正确.(5)小车受到的拉力FT大小等于弹簧测力计示数F,即FT=F,小车受到的摩擦力为Ff=mg,所以合力为F-mg,小车的加速度a与合力成正比,即a(F-mg),设比例系数为k,可得a=k(F-mg),所以F=1ka+mg,由图像所给信息可得图像纵截距b=mg,解得=bmg.答案:(1)C(2)0.88(3)偏小(4)A(5)bmg