4.2探究加速度与力、质量的关系 基础过关练+能力提升练（含答案解析）高中物理教科版（2019）必修第一册

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1、2探究加速度与力、质量的关系基础过关练题组一实验原理与操作 1.(2020浙江嘉兴一中高一上期中)如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置:(1)下图是实验时平衡阻力的情形,其中正确的是(选填字母)。(2)在平衡阻力后,当小车总质量(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时,小车运动时所受的拉力大小近似等于小盘及盘内物体的总重力。实验时可通过增减小盘中(选填“50 g钩码”或“1 g砝码”)的个数来改变拉力的大小。2.用如图所示的装置研究在作用力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.用天平称出小车和砂桶及内部所装砂子的质量;B

2、.按图装好实验器材;C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶;D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量;E.保持砂桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,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与M关系。(1)该同学漏掉的重要实验步骤是,该步骤应排在步骤之后。(2)在上述步骤中,有错误的是步骤,应把改为。(3)在上述步骤中,处理不恰当的是步骤,应把改为。题组二实验数据处理与误差分析3.(2021山东德州实验高中高三上第一次调研)如图

3、1所示为“探究加速度与物体受力、质量的关系”实验装置图。图中A为小车,B为装有砝码的砝码盘,C为一端带有定滑轮的长木板,小车通过纸带与电火花打点计时器相连,电火花打点计时器接50 Hz交流电。小车的质量为m1,小桶(及砝码)的质量为m2。(1)下列说法正确的是。A.每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力B.实验时应先释放小车后接通电源C.本实验m2应远大于m1D.在用图像探究加速度与质量关系时,应作a-1m1图像(2)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a-F图像,可能是图2中的图线(选填“甲”“乙”“丙”)。4.(2021四川内江六中高三上开学考试)某实验小组用如图甲

4、所示的实验装置和实验器材做“探究加速度和力的关系”实验,在实验中,该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力。(1)(多选)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面做法必要的是。A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B.实验操作时要先放小车,后接通电源C.在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好D.在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,A、B、C、D、E、F、G为计数点,且每两个计数点间还有4个点未画出,已知打点计时器使用的交流电的周期为T,则打B点时小车的瞬时速度大小为,小车的加速度大小为。能力提升练 题组一实

5、验方法和探究过程1.(2021北京首都师大附中高三上开学考试,)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。图1(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,

6、描点作图,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:(多选)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,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=0.10 s,由图中数据可计算出小车的加速度a= m/s2。图2若实验中砂和桶的总质量为m,则从理论分析可得砂和桶的总重力mg与细绳对小车的拉力F的大小关系为mgF(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

7、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。图3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题组二数据处理与分析2.(2020四川德阳高一上期末,)某同学设计了一个“探究加速度与力、质量的关系”的实验,图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)。甲乙(1)图乙为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2(保留两位小数)。(2)保持槽码的质量不变,改变小车的质量m,分别得到小车加速度a与质量m及

8、对应的1m的值,数据如下表:实验次数物理量12345678小车加速度a/(ms-2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671m/kg-14.003.453.032.502.001.411.000.60请在图丙中画出a-1m图线,并依据图线求出小车加速度a与质量倒数1m之间的关系式是。丙(3)保持小车质量不变,改变槽码的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线,如图丁所示。该图线不通过原点,请你分析其主要原因是。深度解析丁题组三实验拓展创新3.(2020山东济南莱芜第一中学高

9、三月考节选,)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙两同学设计了如图1所示的实验装置。其中M为带小滑轮的小车的质量,m为砂和砂桶的质量,m0为小滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。图1(1)(多选)实验时,不需要进行的操作是。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高,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,同时记录力传感器的示数D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)甲同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器使用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求

10、出小车的加速度为 m/s2(结果保留三位有效数字)。图2(3)乙同学根据测量数据作出如图3所示的a-F图线,该同学做实验时存在的问题是。图34.(2021广东深圳外国语学校高三上第一次月考,)如图1为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”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=48.0 cm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。图1(1)实验主要步骤如下:将拉力传感器固定在小车上;平衡摩擦力,让小车做运动;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;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

11、的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB;改变所挂钩码的数量,重复的操作。(2)下表中记录了实验测得的几组数据,vB2-vA2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3次的实验数据填写完整(结果保留三位有效数字)。次数F(N)vB2-vA2(m2/s2)a(m/s2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.3442.624.654.8453.005.495.72(3)由表中数据,在图2坐标纸上作出a-F关系图线。图2(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是。答案全解全析基础过关练1.答案(1)

12、C(2)远大于1 g砝码解析(1)平衡阻力时,小车前面不能有拉力,小车后面要连接纸带,纸带要穿过打点计时器,故选C。(2)为减小误差,小车总质量要远大于小盘及盘内物体的总质量;实验时应通过增减1 g砝码的个数来改变拉力的大小。2.答案(1)平衡摩擦力B(2)D6 V电压的蓄电池6 V交流电源(3)Ga-Ma-1M解析(1)实验中把砂桶及桶中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力。(2)电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在6 V交流电源上。(3)作a-M关系图像,得到的是双曲线,很难作出正确的判断,应该“化曲为直”,改作a-1M关系图像。3.

13、答案(1)D(2)丙解析(1)平衡摩擦力时,假设木板倾角为,则有f=mg sin =mg cos ,m约掉了,故改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力,故A错误;实验时应先接通电源后释放小车,故B错误;绳子的拉力F=m1a=m1m2+m1m2g,故只有当m2m1时,F近似等于m2g,故C错误;在用图像探究加速度与质量关系时,作a-1m1图像可以化曲为直,方便得出结论,故D正确。(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤,就会出现当有拉力时,小车仍不动的情况,故可能的图线为丙。4.答案(1)AD(2)d210T(3)d6-2d3225T2解析(1)实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作,以保证小车所受合外力恰好是

14、绳子的拉力,故A正确;实验时,若先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,故B错误;在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近测量误差越大,故C错误;在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,这样才能使得砂和砂桶的总重力近似等于细绳对小车的拉力,故D正确。(2)相邻两计数点之间的时间间隔为t=5T,打B点时小车的瞬时速度大小为vB=d22t=d210T,小车的加速度大小为a=xDG-xAD9t2=d6-2d3925T2=d6-2d3225T2。能力提升练1.答案(1)BC1.1略大于(2)有必要没必要解析(1)平衡摩擦

15、力时研究对象是小车,是让小车所受的滑动摩擦力等于小车所受重力沿斜面的分力,故平衡摩擦力时,应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器,以平衡由于纸带与打点计时器之间的摩擦而产生的阻力,故A错误;平衡摩擦力时,应使小车在不受外力作用下做匀速直线运动,所以不能悬挂小桶,故B正确;打点计时器必须接通电源,纸带上打的点均匀,说明小车做匀速运动,刚好平衡摩擦力,故C正确。根据逐差法得小车的加速度a=xCE-xAC(2T)2=1.1 m/s2因为小桶向下做加速运动,所以砂和桶的总重力mg略大于细绳对小车的拉力F。(2)用无线力传感器来测量小车受到的拉力时,力传感器可以读取绳的拉力,所以不需要满足所挂钩码质量远小

16、于小车质量,但仍要平衡摩擦力。2.答案(1)1.00(2)见解析图a=12m(3)实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力解析(1)由题意可知,时间间隔T=0.02 s。用逐差法计算加速度大小为a=(3.63+3.47-3.31-3.15)10-2 m4(0.04s)2=1.00 m/s2。(2)根据题目提供的小车加速度a与质量m对应的倒数1m的有关数据,可在坐标系中描出8个对应点,过这些点作一条直线,使尽量多的点落在直线上,不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧,得到的a-1m图线如图所示,由图可得a=12m。(3)由题图丁分析可知,当拉力F不为零时,加速度a为零,说明实验前没有平衡摩擦力或

17、者未完全平衡摩擦力。方法技巧实验中作出的a-F图像有时不过原点,出现这种现象的原因可能是:实验中没有考虑承载重物的托盘的质量,误将重物的重力等于拉力F,或是平衡摩擦力时垫得太高了,此时会出现图甲的情况;若实验中没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,则会出现图乙的情况。3.答案(1)AD(2)2.00(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足解析(1)本实验中拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量,故A、D符合题意;实验时需将长木板右端垫高,以平衡摩擦力,故B不符合题意;实验时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,需记录传感器的示数

18、,故C不符合题意。(2)根据x=aT2,运用逐差法得a=x36-x039T2=(7.10+9.13+11.09-1.10-3.09-5.12)10-290.01 m/s2=2.00 m/s2。(3)当F不等于零,加速度a仍然为零,可知实验中没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。4.答案(1)匀速直线(2)vB2-vA22L2.44(3)如解析图(4)没有完全平衡摩擦力解析(1)平衡摩擦力时,轻推小车,让小车做匀速直线运动即可。(2)根据匀变速直线运动的速度位移公式得,a=vB2-vA22L,将第3次的实验数据代入解得a=2.3420.48 m/s2=2.44 m/s2。(3)根据表格中的数据描点作图,如图所示。(4)对比图像可知,实际图像没有过原点而是和横坐标有交点,造成原因为没有完全平衡摩擦力。