4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（巩固练习)-【高效课堂】2024-2025学年高中物理同步精品备课一体化资源（人教版2019必修第一册）

班级：高一（ ）班 姓名： 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（巩固练习） 一、单选题 1．探究加速度与力的关系的实验装置如图所示，沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，对质量m和M的选取，以下最合理的一组是（　　） A．M=300g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B．M=300g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C．M=500g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D．M=500g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g 2．某学习小组用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列操作正确的是（　　） A．固定打点计时器时应调节图中P B．打点计时器通过Q与电源相连 C．当细绳与木板不平行时应调节图中R使细绳与木板平行 D．阻力补偿时应调节图中S使小车能匀速下滑 3．“等效替代”是物理学中常用的思想方法，比如“合力”和“分力”之间的关系就是通过“作用效果相同”联系起来的。下列物理概念的引入或实验操作过程中，主要体现“等效替代”这一思想方法的是（    ） A．实验研究加速度与力、质量的关系 B．物体的“重心”概念的建立 C．伽利略的理想斜面实验 D．“加速度”概念的建立 4．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，车中所放砝码的质量分别为，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为，则在实验误差允许的范围内，有（　　） A．当、时， B．当、时， C．当时， D．当、时， 5．在验证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力，用打点计时器测出小车的加速度，得出若干组和的数据。然后根据测得的数据作出如图所示的图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是（　　） A．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且小车质量较大 B．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大 C．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大 D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大 二、多选题 6．利用如图装置探究小车的加速度与力和质量的关系实验，下列说法正确的是（    ） A．小车运动时，小车受到绳子拉力小于槽码的总重力 B．只有小车质量远大于槽码总质量，绳的拉力可近似等于槽码的总重力 C．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力 D．该实验的科学思想方法为控制变量法 7．某同学在利用斜面研究加速度与力的关系，得到拉力与小车加速度的的关系如图所示，若当地的重力加速度为，不计斜面的摩擦阻力，则根据图像可以求出（　　） A．小车的质量 B．小车运动的时间 C．斜面倾斜角 D．小车运动的位移 三、填空题 8．研究物体的加速度与质量的关系时，应保持物体的 不变；研究物体的加速度与合力的关系时，作出的图像如图所示，由图像可得与成 比。    9．分析加速度a与质量m的定量关系；根据记录的数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－图像，如图所示。若a－图像是一条过原点的直线，说明a与成 ，即a与m成 。 四、实验题 10．请使用下列器材测量小车质量：小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为的交流电源、直尺、质量均为的7个槽码。 (1)完成下列实验步骤中的填空： i．按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着7个槽码。改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列 的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑； ⅱ．保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂6个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度； ⅲ．依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ⅱ； ⅳ．以取下槽码的总个数的倒数为纵坐标，为横坐标，作出图像。 (2)已知重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空： ①下列说法正确的是 ； A．接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放 B．小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行 C．实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量 D．若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为 ②若某次实验获得如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间均有4个点未画出，则加速度大小 ；在打“7”点时小车的速度大小 ； ③写出随变化的关系式 （用，，，，表示）； ④测得关系图线的斜率为，则小车质量 。 11．在“探究加速度与质量的关系”的实验中。 (1)备有器材：A。带有定滑轮的长木板；B。电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C。细绳、小车、砝码；D。装有细砂的砂桶；E。垫片；F。天平。还缺少的一件器材是 。 (2)同学甲根据实验数据画出如图甲所示图线，而同学乙根据实验数据画出了如图乙所示图线，从图线可知同学乙实验操作过程中可能存在的问题是 。 (3)由图甲可知，此次实验中，加速度a与质量m的关系式为 。 12．同学们实验室中进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验。甲组同学用如图1的装置进行实验。 (1)实验中关于“消除摩擦力”的正确操作是图中的 （“A”或“B”）； (2)小车质量一定，研究加速度与力的关系时，该同学根据测得的数据作出a-F图像，如图发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能的原因是____ __。 A．不过原点的原因是消除阻力时，木板的倾斜角度过大 B．不过原点的原因是消除阻力时，木板的倾斜角度过小 C．末端发生弯曲的原因是小车质量较大 D．末端发生弯曲的原因是所挂钩码的质量较大 (3)乙组同学设计了如下图的实验探究当物体质量一定时，其运动的加速度与合外力之间的关系。由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离为L，测得遮光条宽度为d． ①该实验小组在做实验时，将滑块从图中所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间，遮光条通过光电门2的时间，则滑块的加速度的表达式a= （以上表达式均用题中所给字母表示）； ②利用该装置做实验， （选填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力 五、解答题 13．五个相同的轨道并排放置，用来研究小车所受拉力与其加速度的关系。如图（a）所示，每辆小车均在钩码拉力的作用下沿导轨做加速直线运动。从俯视的角度同时拍摄五辆完全相同的小车的运动过程，初始位置如图（b）所示。同时释放小车，某时刻的小车位置如图（c）所示。 （1）估算图（c）中各小车加速度大小之比。 （2）如何应用此装置验证小车加速度与小车所受拉力、小车质量的关系？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！7 学科网（北京）股份有限公司 $$ 班级：高一（ ）班 姓名： 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（巩固练习）教师版 一、单选题 1．探究加速度与力的关系的实验装置如图所示，沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，对质量m和M的选取，以下最合理的一组是（　　） A．M=300g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B．M=300g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C．M=500g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D．M=500g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g 【答案】C 【详解】平衡摩擦力后，根据牛顿第二定律可知，对小车 对整体 解得 要使细线的拉力近似等于小车的牵引力，则需满足 则题中C组最合理。 故选C。 2．某学习小组用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列操作正确的是（　　） A．固定打点计时器时应调节图中P B．打点计时器通过Q与电源相连 C．当细绳与木板不平行时应调节图中R使细绳与木板平行 D．阻力补偿时应调节图中S使小车能匀速下滑 【答案】A 【详解】A．固定打点计时器时应调节图中P，故A正确； B．图中为电火花打点计时器，应通过导线一端的插头与220V的交流电源相连，故B错误； C．当细绳与木板不平行时应调节图中S使细绳与木板平行，故C错误； D．阻力补偿时应调节图中R使小车能匀速下滑，故D错误。 故选A。 3．“等效替代”是物理学中常用的思想方法，比如“合力”和“分力”之间的关系就是通过“作用效果相同”联系起来的。下列物理概念的引入或实验操作过程中，主要体现“等效替代”这一思想方法的是（    ） A．实验研究加速度与力、质量的关系 B．物体的“重心”概念的建立 C．伽利略的理想斜面实验 D．“加速度”概念的建立 【答案】B 【详解】A．实验研究加速度与力、质量的关系采用的控制变量法。故A错误； B．物体的“重心”概念的建立，体现“等效替代”这一思想方法。故B正确； C．伽利略的理想斜面实验利用了实验和逻辑推理相结合的方法。故C错误； D.“加速度”概念的建立采用了比值定义法。故D错误。 故选B。 4．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，车中所放砝码的质量分别为，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为，则在实验误差允许的范围内，有（　　） A．当、时， B．当、时， C．当时， D．当、时， 【答案】A 【详解】AB.当 两车加砝码后质量仍相等，若 则 由 得 故A正确，B错误。 CD.由于小车质量未知，若 无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不明确，自然无法判定两车的位移关系，故CD错误。 故选A。 5．在验证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力，用打点计时器测出小车的加速度，得出若干组和的数据。然后根据测得的数据作出如图所示的图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是（　　） A．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且小车质量较大 B．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大 C．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大 D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大 【答案】D 【详解】由图可知，小车在不受拉力时已经有了加速度，说明平衡摩擦力过度，即所垫木板太高；对沙和小桶进行受力分析可得 对小车进行受力分析可知 联立解得 当满足小车质量远大于沙和小桶的质量，作用力与沙和小桶的重力近似相等，可用沙和小桶的重力代替作用力，故可得与成正比；图线出现弯曲，说明小车质量远大于沙和小桶的质量的条件不再满足，即砂和小桶的质量较大。 故选D。 二、多选题 6．利用如图装置探究小车的加速度与力和质量的关系实验，下列说法正确的是（    ） A．小车运动时，小车受到绳子拉力小于槽码的总重力 B．只有小车质量远大于槽码总质量，绳的拉力可近似等于槽码的总重力 C．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力 D．该实验的科学思想方法为控制变量法 【答案】ABD 【详解】AB．小车运动时，槽码有向下的加速度，槽码的合力方向向下，可知绳子拉力小于槽码的总重力；以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 以槽码为对象，根据牛顿第二定律可得 联立可得 可知只有小车质量远大于槽码总质量，绳的拉力可近似等于槽码的总重力，故AB正确； C．若斜面倾角过大，小车重力沿斜面向下分力大于小车受到的摩擦阻力，则小车所受合力将大于绳的拉力，故C错误； D．探究小车的加速度与力和质量的关系，该实验的科学思想方法为控制变量法，故D正确。 故选ABD。 7．某同学在利用斜面研究加速度与力的关系，得到拉力与小车加速度的的关系如图所示，若当地的重力加速度为，不计斜面的摩擦阻力，则根据图像可以求出（　　） A．小车的质量 B．小车运动的时间 C．斜面倾斜角 D．小车运动的位移 【答案】AC 【详解】C．由图像可知，当力F等于零时，加速度为4m/s2，根据牛顿第二定律得 解得 所以可以求出斜面倾角，故C正确； A．当F=-30N时，加速度为零，则有 解得m=7.5kg 故A正确； BD．不知道小车运动的距离，也不知道小车运动的速度，无法求出小车运动的时间和小车运动的位移，故BD错误。 故选AC。 三、填空题 8．研究物体的加速度与质量的关系时，应保持物体的 不变；研究物体的加速度与合力的关系时，作出的图像如图所示，由图像可得与成 比。    【答案】合外力 正 【详解】[1]研究物体的加速度与质量的关系时，应保持物体的合外力不变； [2]研究物体的加速度与合力的关系时，作出的图像如图所示，由图像可得与成正比。 9．分析加速度a与质量m的定量关系；根据记录的数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－图像，如图所示。若a－图像是一条过原点的直线，说明a与成 ，即a与m成 。 【答案】正比 反比 【详解】[1][2]若a－图像是一条过原点的直线，说明a与成正比，即a与m成反比。 四、实验题 10．请使用下列器材测量小车质量：小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为的交流电源、直尺、质量均为的7个槽码。 (1)完成下列实验步骤中的填空： i．按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着7个槽码。改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列 的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑； ⅱ．保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂6个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度； ⅲ．依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ⅱ； ⅳ．以取下槽码的总个数的倒数为纵坐标，为横坐标，作出图像。 (2)已知重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空： ①下列说法正确的是 ； A．接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放 B．小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行 C．实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量 D．若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为 ②若某次实验获得如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间均有4个点未画出，则加速度大小 ；在打“7”点时小车的速度大小 ； ③写出随变化的关系式 （用，，，，表示）； ④测得关系图线的斜率为，则小车质量 。 【答案】(1)等间距 (2) AB 1.12 1.021 0.42 【详解】（1）改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列等间距的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑。 （2）[1]A．为打点稳定，接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放，故A正确； B．为使小车做匀变速直线运动，小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行，故B正确； C．由于该实验每个槽码的质量已知，绳子拉力不需要近似等于槽码的重力，故不需要使质量远小于小车质量，故C错误； D．若细线下端悬挂着2个槽码，小车加速下滑，槽码加速上升，槽码超重，故细线对小车的拉力大于2个槽码的重力，则小车下滑过程中受到的合外力小于，故D错误。 故选AB。 [2]相邻两计数点的时间间隔为 根据逐差法求出小车加速度大小为 [3]根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，在打“6”点时小车的速度大小 在打“7”点时小车的速度大小 [4]小车匀速时有 减小n个槽码后，对小车和槽码分别有 整理得 [5]图像的斜率为 解得 11．在“探究加速度与质量的关系”的实验中。 (1)备有器材：A。带有定滑轮的长木板；B。电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C。细绳、小车、砝码；D。装有细砂的砂桶；E。垫片；F。天平。还缺少的一件器材是 。 (2)同学甲根据实验数据画出如图甲所示图线，而同学乙根据实验数据画出了如图乙所示图线，从图线可知同学乙实验操作过程中可能存在的问题是 。 (3)由图甲可知，此次实验中，加速度a与质量m的关系式为 。 【答案】(1)刻度尺 (2)平衡摩擦力过量（或长木板倾角过大） (3) 【详解】（1）本实验需要测量不同质量的小车的加速度，计算加速度的大小时需要测量长度，实验中还需要刻度尺。 （2）从图线可知，图线不通过坐标原点，当为零，加速度为某一值时，知平衡摩擦力过量或者长木板的倾角过大。 （3）由甲图可求得斜线的斜率为 得与的关系为 12．同学们实验室中进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验。甲组同学用如图1的装置进行实验。 (1)实验中关于“消除摩擦力”的正确操作是图中的 （“A”或“B”）； (2)小车质量一定，研究加速度与力的关系时，该同学根据测得的数据作出a-F图像，如图发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能的原因是____ __。 A．不过原点的原因是消除阻力时，木板的倾斜角度过大 B．不过原点的原因是消除阻力时，木板的倾斜角度过小 C．末端发生弯曲的原因是小车质量较大 D．末端发生弯曲的原因是所挂钩码的质量较大 (3)乙组同学设计了如下图的实验探究当物体质量一定时，其运动的加速度与合外力之间的关系。由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离为L，测得遮光条宽度为d． ①该实验小组在做实验时，将滑块从图中所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间，遮光条通过光电门2的时间，则滑块的加速度的表达式a= （以上表达式均用题中所给字母表示）； ②利用该装置做实验， （选填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力 【答案】(1)B (2)BD (3) 不需要 【详解】（1）关于“消除摩擦力”的原理是利用小车的重力沿倾斜长木板向下的分力平衡小车运动中受到的阻力，因此不用挂盘和砝码，正确操作是图中的B。 （2）AB．a-F图像不过原点，由图像可知，当小车受到的拉力不是零时，小车的加速度仍是零，其原因是没有消除摩擦力或消除摩擦力不够，即木板的倾斜角度过小，A错误，B正确； CD．由实验装置可知，当盘和砝码的质量远小于小车的质量时，就近似认为盘和砝码的重力大小等于对小车的拉力，末端发生弯曲的原因是盘和砝码的质量不是远小于小车的质量，即所挂钩码的质量较大，C错误，D正确。 故选BD。 （3）[1]由题意可知，滑块经光电门1和2时的速度大小分别为 由速度位移关系公式可得滑块的加速度的表达式 [2]实验探究当物体质量一定时，其运动的加速度与合外力之间的关系。由于气垫导轨的摩擦力很小，可以忽略不计，因此利用该装置做实验不需要平衡摩擦力。 五、解答题 13．五个相同的轨道并排放置，用来研究小车所受拉力与其加速度的关系。如图（a）所示，每辆小车均在钩码拉力的作用下沿导轨做加速直线运动。从俯视的角度同时拍摄五辆完全相同的小车的运动过程，初始位置如图（b）所示。同时释放小车，某时刻的小车位置如图（c）所示。 （1）估算图（c）中各小车加速度大小之比。 （2）如何应用此装置验证小车加速度与小车所受拉力、小车质量的关系？ 解：（1）由图（c）可知，在相同时间内5辆小车的位移之比为1∶2∶3∶4∶5。由于小车在拉力作用下做匀加速直线运动，位移x=at2 各小车的加速度之比也为1∶2∶3∶4∶5。 （2）小车的加速度之比可用（1）中的方法，根据相同时间的位移之比确定，小车所受拉力可通过钩码数量确定，利用控制变量法进行实验。保持小车质量相同，5辆小车悬挂不同数量的钩码，通过测量获得小车的加速度之比，根据所得数据作a–F图像，如果为直线，则表明小车的加速度与其所受拉力成正比；保持5辆小车悬挂的钩码数量相同，每辆小车上放置数量不同的配重片，通过测量获得小车的加速度之比，根据所得数据作a–图像，如果为直线，则表明小车的加速度与小车的质量成反比。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！7 学科网（北京）股份有限公司 $$