第5章 第2节 科学探究 加速度与力、质量的关系-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习课时作业word（新教材，鲁科版）

第2节　科学探究:加速度与力、质量的关系 1.某物理兴趣小组利用如图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系。 (1)为使小车所受合外力等于细绳拉力,必要的操作是　　　。(多选) A.未挂砝码桶时,将木板的右端垫高以平衡摩擦力 B.实验中控制砝码桶(含砝码)质量远小于小车的总质量 C.调节木板左端定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行 (2)某同学在某次实验中,打点计时器所用电源的频率为50 Hz。通过实验得到小车做匀变速直线运动的一条纸带,纸带上每相邻的两个计数点之间都有四个点未画出。按时间顺序取A、B、C、D、E共五个计数点,用刻度尺分别量出点B、C、D、E到点A的距离,如图乙所示,由此求得小车的加速度大小为　　　 m/s2(结果保留2位有效数字)。 (3)准确地平衡摩擦力后,另一同学做如下操作:在实验时,将若干个相同的砝码都放在小车上,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码桶内,并测量小车的加速度。经多次实验得到小车加速度a与桶内所加砝码个数n的关系图像如图丙所示。试分析图像未过原点的原因是　 。 解析:(1)小车下滑时受到重力、细绳的拉力、木板支持力和摩擦力;要使小车所受合外力等于细绳拉力,未挂砝码桶时,应将木板的右端垫高以平衡摩擦力,还要调节木板左端定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行,并不需要控制砝码桶(含砝码)质量远小于小车的总质量,故A、C正确,B错误。 (2)打点计时器所用电源的频率为50 Hz,则打点周期T= s=0.02 s,相邻两个计数点之间的时间间隔为t=5T=0.1 s。小车的加速度 a= = =0.51 m/s2。 (3)由题图丙可知当n=0,即砝码桶内不加砝码时,小车已有加速度,此时是砝码桶通过细绳拉着小车运动,可判断an图像不过原点的原因是未计入砝码桶的重力。 答案:(1)AC　(2)0.51　(3)未计入砝码桶的重力 2.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中,甲、乙两位同学实验时都先正确平衡摩擦力。实验装置如图甲、乙所示,甲同学在实验时用细线一端连接小车,另一端连接钩码,钩码所受重力作为细线的拉力;乙同学利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力,两位同学通过改变钩码的个数,确定加速度与细线拉力F的关系。已知甲图中小车的质量等于乙图中力传感器与小车的质量之和。 (1)为减小实验误差,甲同学在实验过程中,小车的质量要　　　 　(选填“远大于”或“远小于”)钩码的质量。乙同学在实验过程中, 　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足这个条件。 (2)用甲、乙两位同学得到的实验数据在同一坐标系中作出aF图像,如图丙所示图线①、②,其中图线①是　　　　同学所作出的图像,图线②是　　　　同学所作出的图像。图像中随着F的增大,图线 　　　　将发生弯曲。 解析:(1)甲同学的实验中,认为细线对小车的拉力大小近似等于钩码所受的重力,需要满足小车的质量远大于钩码的质量。乙同学实验方案中,力传感器测得的拉力就是小车和力传感器所受的合外力,故对小车和钩码质量的大小关系没有要求,即不需要满足前述条件。 (2)由题意可知,当甲、乙两同学的实验中小车的加速度相同时,细线的拉力相等,对乙同学的实验,细线的拉力为合外力,传感器测出的就是细线的拉力;对甲同学的实验,钩码所受重力大于细线的拉力,即当加速度相同时,甲同学实验的F值大于乙同学实验的F值,故图线②是甲同学所作出的图像,图线①是乙同学所作出的图像。当F较大时,小车的质量远大于钩码的质量这个条件将不满足,图线②将发生弯曲。 答案:(1)远大于　不需要　(2)乙　甲　② 3.为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的气垫导轨装置进行实验,其中G1、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M,挡光片宽度为D,光电门间距离为s,牵引钩码的质量为m。回答下列问题。 (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何判定调节是否到位? 　。 (2)若取M=0.4 kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是　　　　。 A.m1=5 g B.m2=15 g C.m3=40 g D.m4=400 g (3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,其中求得的加速度的表达式为a=　　　　(用Δt1、Δt2、D、s表示)。 解析:(1)取下牵引钩码,滑块放在任意位置都不动;或取下牵引钩码,轻推滑块,数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。 (2)在探究加速度与力关系的实验中,当钩码的质量与滑块连同上面固定的挡光片的总质量的关系是m≪M时,才能近似认为钩码受到的重力等于滑块受