课时梯级训练(19) 实验：探究加速度与力、质量的关系（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

课时梯级训练(19)　实验：探究加速度与力、质量的关系 1．关于探究加速度与力、质量的关系的实验，下列说法符合实际的是________。 A．通过同时改变小车的质量和小车受到的拉力，归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 B．通过保持小车的质量不变，只改变小车受到的拉力，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C.通过保持小车受到的拉力不变，只改变小车的质量，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 D．先保持小车的质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受到的拉力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 D　解析：由于实验中有三个变量，在探究过程中应采用控制变量法。先保持小车的质量不变，只改变小车受到的拉力，可以归纳出加速度、力二者之间的关系；再保持小车受到的拉力不变，只改变小车的质量，可以得出加速度、质量二者之间的关系，D正确。 2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，探究加速度a与质量M的关系时，没有注意始终满足M远大于m的条件(m为重物)，结果得到的图像应是图中的________。 D　解析：在探究加速度跟小车质量M的关系时，保持m不变，改变小车质量M，在小车质量M远大于重物质量m时，可以认为小车受到的拉力F＝mg，此时加速度a与小车质量M成反比，与成正比，以为横轴，a为纵轴，则a-图像应是过原点的直线，当减少小车中的砝码，质量M不满足远大于重物质量m时，小车受到的拉力明显小于重物重力，其加速度减小，a-图像向下弯曲，A、B、C错误，D正确。 3．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测量小车所受拉力的大小。 (1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________。 A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码 B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力 C．改变所受小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力 (2)实验中________(填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量。 (3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图像如图乙所示，图线不过原点的原因是________。 A．钩码质量没有远小于小车质量 B．平衡摩擦力时木板倾角过大 C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力 答案：(1)C　(2)不需要　(3)B 解析：(1)平衡摩擦力时，小车应在不受拉力作用下做匀速直线运动，所以不能在动滑轮上挂上钩码，A错误；平衡摩擦时有mg sin α＝μmg cos α，即有g sin α＝μg cos α，所以与质量无关，B错误，C正确。 (2)由于本实验中的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于小车质量。 (3)由题图乙可知，当没有挂钩码时小车具有加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大，B正确。 4．(2023·四川成都高一检测)某兴趣小组设计了一个验证“牛顿第二定律”的实验。图甲为实验装置简图，A为小车(质量为M)，B为打点计时器，C为装有沙的沙桶(总质量为m)，D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50 Hz。 (1)实验得到如图乙所示的一条纸带(纸带上的点为实际打下的点)，可求出小车的加速度大小a＝________m/s2。(保留2位有效数字) (2)(多选)实验中，以下做法正确的是________。 A．平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上 B．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也会受到阻力 C．本实验需要小车质量远大于沙和沙桶的质量 D．实验时，先放开小车，后接通电源 (3)(多选)小组同学保持小车质量M不变，根据测量数据作出了a-F图线，如图丙所示，下列分析正确的是________。 A．图线不过原点的原因可能是没有平衡摩擦力 B．图线不过原点的原因可能是平衡摩擦力时木板的末端抬得过高 C．图线上部分弯曲的原因可能是所用小车的质量M过大 D．图线上部分弯曲的原因可能是沙桶总质量m增大到一定程度时，沙桶的重力不能看作小车所受的合力 答案：(1)3.2　(2)BC　(3)BD 解析：(1)根据逐差法，求出小车的加速度为 a＝ m/s2≈3.2 m/s2。 (2)平衡摩擦力时，不应挂沙桶，A错误；平衡摩擦力是为了平衡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，B正确；实验中数据处理时，认为沙与沙桶的总重力与细线的拉力相等，但实际上由于沙桶向下做匀加速直线运动，沙与沙桶的总重力大于细线的拉力，为了减小实验的系统误差，应该使小车质量远大于沙和沙桶的质量，C正确；为了避免纸带上出现大量的空白段，实验时，应该先接通电源，后放开小车，D错误。 (3)根据图像可知，当没有挂沙桶时，小车已经具有一定的加速度，表明当没有挂沙桶时，小车已经开始向下加速运动，说明平衡摩擦力过度，即图线不过原点的原因可能是平衡摩擦力时木板的末端抬得过高，A错误，B正确；图像是研究加速度与合力的关系，即保持小车质量一定，改变沙与沙桶的总质量，实验中近似认为沙与沙桶的总重力与细线的拉力相等，这一近似处理的前提条件是小车质量远大于沙和沙桶的质量，当实验中小车质量不变，沙桶总质量m增大到一定程度时，已经不满足小车质量远大于沙和沙桶的质量，此时沙桶的重力不能看作小车所受的合力，因此图线上部分弯曲的原因是沙桶的质量过大，C错误，D正确。 5．为了验证“当质量一定时，物体的加速度与它所受的合力成正比”，一组同学用图甲所示的装置进行实验，并将得到的实验数据描在图乙所示的坐标图中。 (1)下列叙述正确的是________。 A．保持小车的质量不变，改变沙和桶的总质量 B．保持沙和桶的总质量不变，改变小车的质量 C．保持小车和沙桶的质量均不变 D．同时改变小车和沙桶的质量 (2)在图乙中作出a-F图线。 (3)由a-F图线可以发现，该组同学实验操作中遗漏了______________这个步骤。 (4)根据a-F图线可以求出小车的质量是________(保留2位有效数字)。 答案：(1)A　(2)见解析图　(3)平衡摩擦力　 (4)0.25 kg(±0.02) 解析：(1)本实验探究的是加速度与力之间的关系，故应保证小车质量不变，改变沙和桶的总质量，A正确。 (2)如图所示。 (3)从图中发现直线没过原点，当F≤0.16 N时，a＝0。也就是说当绳子中的拉力增加到某一数值时，小车才开始有加速度，因此该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力这个步骤。 (4)根据a＝得a-F图线中斜率的倒数表示物体的质量。由图像可知，质量m＝ kg＝0.25 kg。 6．某同学想通过用手机高速拍照的功能来探究加速度与力的关系，采用如图甲所示的实验装置。 (1)按照该示意图安装好器材后，进行如下实验： ①长木板一端垫高，平衡掉小车受到的摩擦力； ②将小车停放在长木板的顶端，使其指针对准刻度尺的0刻度； ③开启手机高速拍照，在启动电子计时器的同时释放小车，让小车加速下滑，改变重物的质量m，重复操作几遍。 (2)打开手机录制好的视频，通过慢动作播放，记录弹簧测力计的读数F，然后，通过电子计时器，找出小车运动0.1 s的位移x1＝2.10 cm，运动0.2 s的位移 x2＝5.72 cm，运动0.3 s的位移x3＝10.86 cm，运动0.4 s的位移x4＝17.54 cm，则小车的加速度为________m/s2(保留3位有效数字)。 (3)该实验中，弹簧测力计的读数F________(填“等于”或“不等于”)小车所受合外力，小车的质量M和重物的质量m________(填“需要”或“不需要”)满足M≫m。 (4)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出a-F图像，如图乙所示，该图线是一条直线，则可得到的结论是_________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(2)1.53　(3)等于　不需要　(4)在小车质量M一定的情况下，加速度a与力F成正比 解析：(2)小车的加速度a＝＝×10－2 m/s2≈1.53 m/s2。 (3)该实验中，弹簧测力计的读数F即为绳子拉小车的拉力，由于已经平衡摩擦力，所以弹簧测力计的读数F等于小车所受合外力；小车的质量M和重物的质量m不需要满足M≫m。 (4)题图乙a-F图像中图线是一条直线，说明加速度a与F成正比，所以可以得到结论：在小车质量M一定的情况下，加速度a与力F成正比。 学科网（北京）股份有限公司 $$