第4章 第2节 探究加速度与力、质量的关系-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理必修1同步课件 (教科版)

物理 必修第一册 JK 1 2 第2节 探究加速度与力、质量的关系 刷基础 2 1.[四川内江六中2024高一上月考] 某兴趣小组“探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如 图甲所示.为小车（质量为），为打点计时器， 为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为 ），为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为 . 甲 题型1 实验方案设计与实验操作 3 （1）下列实验操作中，正确的是_____； A.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B.每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器 C.改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力 D.平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好 AD 题型1 实验方案设计与实验操作 4 解析 调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行,保证小车所受的合力方向不变,故A正 确；为了避免纸带上出现大量的空白,实验时,应该先接通电源,后放开小车,故B错误；由于平衡摩 擦力时有 ,质量可以约去,所以改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,故 C错误；平衡摩擦力是为了平衡长木板对小车的摩擦力与打点计时器与纸带之间的阻力,因此平衡 摩擦力时小车后面的纸带必须连好,故D正确. 题型1 实验方案设计与实验操作 5 （2）请简要补充完整平衡摩擦力的操作步骤：用小木板适当垫高长木板不带滑轮的一端， ______________________________________； 轻推小车,直到点迹均匀,小车做匀速运动 解析 平衡摩擦力的操作步骤：用小木板适当垫高长木板不带滑轮的一端,轻推小车,直到点迹均匀, 小车做匀速运动. 题型1 实验方案设计与实验操作 6 （3）为使细绳对小车的拉力 近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是________； 解析 根据牛顿第二定律（下节学习）对小车,有,对沙和沙桶,有 ,联立解得 ,可知只有当时才近似等于 . 题型1 实验方案设计与实验操作 7 乙 （4）在本实验中认为细绳的拉力 等于沙和沙桶的总重力，已知三位同学利用实验 数据作出的 图像如图乙中的1、2、3所示.下列分析正确的是___； B A.出现图线1的原因可能是平衡摩擦力不充分 B.出现图线2弯曲的原因可能是沙和沙桶的质量不合适 C.出现图线3的原因可能是在平衡摩擦时长木板的倾斜度过大 题型1 实验方案设计与实验操作 8 解析 出现图线1的原因可能是平衡摩擦力时,长木板倾角过大导致没有施加拉力时小车就产生加 速度,故A错误；出现图线2的原因可能是沙和沙桶的质量没有远小于小车的质量,导致小车所受的 合外力不等于沙和沙桶的重力,故B正确；出现图线3的原因可能是平衡摩擦力时,长木板倾角过小 导致施加一定的拉力时才能使小车产生加速度,故C错误. 题型1 实验方案设计与实验操作 9 （5）胡同学改进实验方案，采用图丙的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否 需要平衡摩擦力？______（填“需要”或“不需要”）. 需要 丙 解析 胡同学的实验方案中,为了使得测力计示数的2倍等于小车所受合外力,需要平衡摩擦力. 题型1 实验方案设计与实验操作 10 2.（1）利用如图甲所示的装置可以做力学中的许多实验，以下说法正确的是____. BC 甲 A.用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦 阻力的影响 B.用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线 与滑轨平行 C.用此装置“探究加速度与拉力 的关系”时，每次改变沙和沙桶总质量之后， 不需要重新补偿阻力 D.用此装置“探究加速度与拉力 的关系”时，沙和沙桶的重力就是小车所受 的拉力 题型2 实验数据处理与误差分析 11 解析 用此装置“研究匀变速直线运动”时,只需要分析运动情况即可,不需要补偿阻力,故A错误； 用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须调整滑轮高度使连接小车的细线与长木板平行,保持小 车的加速度不变,故B正确；补偿阻力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的 是利用小车重力沿长木板方向的分力补偿小车运动中所受的阻力,即 ,等式两 边可消除质量,故改变质量后不需重新补偿阻力,故C正确；用此装置“探究加速度与力 的关系” 时,设小车的质量为,沙和沙桶的质量为,设细线的拉力大小为,则有, ,联立 解得,以小车为研究对象,细线的拉力大小为,显然只有 时才可 以认为细线对小车的拉力等于沙和沙桶的重力,故D错误. 题型2 实验数据处理与误差分析 12 乙 （2）如图乙所示是某同学设计的“探究加速度与力、质量 的关系” 的实验装置图，实验中认为细线对小车的拉力 等于沙和沙桶的总重力， 小车运动的加速度可由纸带求得. 丙 ①如图丙所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带， 、 、、、、 是该同学在纸带上选取的六个计数点，相邻两个计数点间有 若干个点未标出，设相邻两个计数点间的时间间隔为 .该同学用刻度尺测出 间的距离为，间的距离为，则打点时小车运动的速度大小 ___，小车运动的加速 度大小 ______. 题型2 实验数据处理与误差分析 13 解析 设相邻两个计数点间的时间间隔为,该同学用刻度尺测出间的距离为,间的距离为 , 根据匀变速直线运动规律可知,打点时小车的速度等于点到点的平均速度,则有 , 根据逐差法可得,小车运动的加速度大小 . 题型2 实验数据处理与误差分析 14 丁 ②某实验小组在实验时保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车的质量 ， 分别得到小车加速度与质量及对应的 数据如表所示.根据表中数据， 在图丁坐标纸中作出拉力不变时与 的图线. 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 小车质量 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 / 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 [答案] 见解析 题型2 实验数据处理与误差分析 15 解析 图像如图所示. 题型2 实验数据处理与误差分析 16 ③根据 图像分析，得到实验结论：_________________________________. 当不变时,加速度与质量成反比 解析 根据图像可知,当不变时,加速度与质量 成反比. 题型2 实验数据处理与误差分析 17 甲 3. [湖南长沙2024高一上期末] 学校科技活动小组在实验室用 力传感器和光电门来验证加速度与力、质量的关系，实验装置如图甲， 将光电门固定在长木板上的某点处，小车从固定的 位置由静止释放， 在悬挂槽码的拉动下向左做匀加速直线运动；记录力传感器的示数 、 小车的质量、间的距离和遮光条（质量不计）通过光电门的时间 . 题型3 创新实验 18 教材变式 本题目由教材P111第2题演变而来.本题比教材的装置多了个力传感器，力传感器能直 接测量出细绳的拉力，而不需要满足小车的质量远大于槽码的质量. 题型3 创新实验 19 （1）用运动物体拖着纸带通过正在工作的电磁打点计时器测定速度也是实验室里常用的方法.频 率为的电磁打点计时器的打点间隔是______ . 0.02 解析 电磁打点计时器的打点间隔为 . 题型3 创新实验 20 （2）本次实验中，下列操作正确的是___. B A.平衡摩擦时，应将槽码跨过定滑轮拴在小车上 B.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 C.保证槽码的质量远小于小车的质量 D.每次改变小车质量后，都需要重新调节长木板的倾斜度 题型3 创新实验 21 解析 探究加速度与力、质量的关系,为保证细绳拉力等于小车所受的合力,需要平衡摩擦力,在平 衡摩擦力的过程中,需要去掉挂槽码的细绳,带上纸带,调节木板倾斜度,使小车能够匀速运动,调节好 后,改变小车的质量时,不需要重新调节长木板的倾斜度,故A、D错误；细绳的拉力要等于小车所受 合力,细绳方向沿小车运动方向,即调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行,故B正确； 题中有力传感器能直接测量出细绳的拉力,故不需保证槽码的质量远小于小车的质量,故C错误. 题型3 创新实验 22 （3）已知遮光条的宽度 ，则小车通过光电门的速度大小为__（用题干中的字母表示）. 解析 由题意可得,小车通过光电门的速度大小为 . 题型3 创新实验 23 （4）改变槽码的质量，把小车由固定的点静止释放，记录相应的和，重复实验.以 为横坐标， 以___填“”“”“”或“” 为纵坐标，若描点可得到一条过原点的倾斜直线如图乙，说 明加速度与力成正比；如果已知倾斜直线的斜率为，则此次实验小车的质量 ____ （用题中字母表示）. 乙 解析 小车从运动到,根据速度—位移公式,把代入可得 ,若描点可得到 一条过原点的倾斜直线,则纵坐标应为,根据牛顿第二定律（下节学习）,得 ,则 倾斜直线的斜率为,解得 . 题型3 创新实验 24 4.[广西贵港2024月考改编] 易错分析 （1）探究小车的加速度与合外力的关系时,若使小车所受的合外力等于重物的重力,需 要补偿阻力,并且需要满足所挂重物的质量远小于小车的质量. （2）使用力传感器可以直接测量拉力的大小,不需要使重物的质量远小于小车的质量. （3）牛顿第二定律中的 是合力. 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 25 （1）甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图（a）、、 所示的实验装置，验证“当质量一 定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律.已知他们使用的小车完全相同， 小车的质量为，重物的质量为 . 图（a） 图（b） 图（c） ①必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是___. A A.甲、乙、丙 B.甲、乙 C.甲、丙 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 26 解析 甲、乙、丙三个小组的实验中,小车在长木板上运动过程中均受到摩擦力,所以都需要补偿阻 力,A正确. 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 27 ②实验时，必须满足“远大于 ”的实验小组是____. 甲 解析 由题图可知,乙小组实验和丙小组实验中细线的拉力分别可以由力传感器和弹簧测力计测量 出,不需要用重物的重力替代细线的拉力,所以这两个实验不用满足“远大于 ”,而甲小组实验 用重物的重力替代细线的拉力,必须满足“远大于 ”. 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 28 （2）小明同学采用图（c）实验装置探究质量一定时加速度与力的关系的实验时，以弹簧测力计的 示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出图像，求得图线的斜率为 ，则小车的质量为___. C A. B. C. D. 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 29 解析 对小车,根据牛顿第二定律（下节学习）有 ,解得 ,所以,可得 ,C正确. 易错点 对实验原理理解不透彻，误差分析等问题容易出错 30 $$