4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系-【学霸题中题】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019) 江苏专用

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系 第1关练速度 35min为准，你的时间 沿长木板向下匀速运动： 题型1实验方法及注意事项 B.如图甲所示安装好实验装置，其中与定滑 1.在研究加速度a和力F、质量m的关系时，应 轮及弹簧测力计相连的细线竖直： 用的是 C.在砝码盘中加砝码，接通电源后，放开小车， ( A.控制变量法 B.等效替代法 打出一条纸带，由纸带求出小车加速度： C.理论推导法 D.理想实验法 D.改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C,求 2.(2024·江苏南通学业)某兴趣小组通过如图 得小车在不同合力作用下的加速度， 所示的实验装置探究加速度与力、质量的关 (1)以上实验步骤中，步骤A中的操作目 系.下列操作正确的是 ( ) 的是 打点计时器 (2)通过正确的操作，打出一条纸带如图乙所 示，可求得“2”点的速度为 纸带 m/s, 小车的加速度为 m/s2.(结果保 留2位有效数字)》 A.调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持 ·35i·子·i6·}·34· 单位：m 平行 乙 B.挂上砂桶.使长木板适当倾斜进行平衡摩 (3)对于上述实验，下列说法正确的是 擦力 A,小车的加速度与砝码盘的加速度大小 C.实验时，先释放滑块，再接通打点计时器的 相等 电源 B.实验中必须满足：砝码和砝码盘的质 D.改变滑块的质量后，需要重新调节长木板 量远小于小车的质量 倾斜度 C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 题型2数据处理 D.弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘 3.(2024·江苏海安期末)某实验小组应用如图 总重力的一半 甲所示装置“探究加速度与物体受力的关 (4)该组同学收集了其他几组同学数据，作 系”，已知小车的质量为M,砝码及砝码盘的 出小车的加速度a与弹簧测力计的示 总质量为m,所使用的打点计时器所接的交 数F的关系图像如图丙，造成各小组图 流电的频率为50Hz.实验步骤如下： 线斜率不同的原因是 纸带打点计时器小车 ta/m·s2 2.0 定滑轮 1.2 轻质 动滑轮 0.8 0.4 陆码和砖码盘 A.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能 0 1.02.03.04.05.0 丙 第四章学霸083 (5)若动滑轮不是轻质的，对本实验结果 tam·s 0.7 (填“有”或“无”)影响 4.在“探究加速度与物体受力、物体质量的关 0.5 系”实验中，做如下探究： 04斗 03 (1)为猜想加速度与质量的关系，可利用如图 0.2 甲所示装置进行对比实验.两小车放在水 0.1 平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一 4 /kg) 条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使 小车静止拾起板擦，小车同时运动，一段 (3)在(2)中，从有效数字要求来看，表格中 的第 次实验的数据记录有误：从 时间后按下板擦，小车同时停下.对比两小 描出的点迹分布趋势来看，表格中的第 车的位移，可知加速度与质量大致成反比 次实验的数据应该舍去。 关于实验条件，下列正确的是 题型3误差分析 A.小车质量相同，钩码质量不同 5.“探究加速度 拉力传感器 电火花计时等 纳线 纸传 B.小车质量不同，钩码质量相同 与力、质量的 C.小车质量相同.钩码质量相同 关系”的实验 长木板 D.小车质量不同，钩码质量不同 装置如图所 示.实验时小 刚同学将长木板平放在水平桌面上，并利用 安装在小车上的拉力传感器测出细线的拉 力，保持小车的质量不变，改变钩码的个数， 版擦 俯视图 运动方向 小车 得到多组数据，从而确定小车加速度a与细 小车 线拉力F的关系.下列选项中符合小刚的实 甲 验结果的是 (2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步 关系，设计实验并得到小车加速度a与质 量M的7组实验数据，如表所示在如图 乙所示的坐标纸上已经描好了6组数据 B C D 点，请将余下的一组数据描在坐标纸上， 6.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 并作费a图像 始终满足M远大于m的条件(m为槽码的质 量)，结果得到的图像应是 次数 2 3 5 6 / (m·s3) 0.650.560.480.400.320.290.15 M/kg 0.250.290.330.40 0.50.711.00 必修第一册学霸084 第2关练准确率 准确率>90%，你做对题 的位移分别为$1、s2,则加速度之比a1: 42日 7.某同学采用如图1所示的装置探究物体的加 9.(2024·天津市期中联考)甲、乙、丙三个实验 速度与所受合力的关系.用砂桶和砂的重力充 小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装 当小车所受合力F:通过分析打点计时器打出 置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度 的纸带，测量加速度a.分别以合力F和加速 与它所受的合力成正比”这一物理规律.已知 度a作为横轴和纵轴，建立坐标系.根据实验 他们使用的小车完全相同，小车的质量为M, 中得到的数据描出如图2所示的点迹，结果 重物的质量为m,试回答下列问题： 跟教材中的结论不完全一致.该同学列举产生 打点计时器小车如线定滑轮 这种结果的可能原因如下： 纸带、 纸作打点计时器 长木板 水平实验台 甲 轻动滑纶弹簧测力洲 打点计时器小车细线 图] 图2 纸带、凸兰 (1)在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高： 定骨轮 亡重物 (2)没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将 长大诚水平实验台 乙 木板右端垫得过低： 打点计时器小车细线 定滑轮 (3)测量小车的质量或者加速度时的偶然误 纸带、 差过大： 力传总器 (4)砂桶和砂的质量过大，不满足砂桶和砂的 长木板 水平实验台 质量远小于小车质量的实验条件 两 你认为比较合理的原因可能是 (1)甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板 A.(1)和(4) B.(2)和(3) 之间的摩擦力的实验小组是 C.(1)和(3) D.(2)和(4) A.甲、乙、丙 B.甲、乙 C.甲、丙 8.某同学利用如 细线 小车 (2)实验时，必须满足“M远大于m”的实验 ■ 图所示的实验 小组是 方案，探究小 (3)实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全 车质量一定时 正确，他们作出的a-F图线如图丁中A、 加速度与合外 险码 B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图 白砝码金 线依次是 力之间的关系，图中上下两层水平轨道，细线跨 10.如图(a)所示，是某小组同学“用DIS研究加 过滑轮并挂上砝码盘，将砝码和砝码盘的总重 速度与力的关系”的实验装置 作为小车所受合外力，两小车尾部细线连到控 位移传感器 ·s 制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时 开始运动，并同时停止实验前 (填“需 巴显 四定支架小年 要”或“不需要”)使砝码和砝码盘总质量远小于 轨道 小车的质量， (填“需要”或“不需要”) 约码 垫高轨道右端以平衡摩擦力：他测量了两小车 ( 第四章学霸085 位移位感 通过细绳与钩码相连，固定在小车上的挡光 型风 ③ ③ 片宽度为d,光电门传感器固定在轨道上，为 固定支架小车 ② ② 平衡摩擦力，他们将轨道调整为左高右低 轨道 力传愁器一 ①0 实验时，将小车从某一位置由静止释放，通 g 钩码一 D 过光电门测出挡光片的挡光时间△1，实验中 (1)位移传感器的接收部分，安装在 小车从同一位置由静止释放，记录弹簧测力 (填“固定支架”或“小 计的示数F,改变动滑轮下悬挂的钩码个 车”)上 数，进行多次测量，测得多组△和F他们在 (2)实验中，保持 的总质量不变，改 了F坐标系中，得到如图(b)所示的点 变拉力，获得多组小车运动的加速度a 光片 和所受拉力F的数据，根据数据绘出的 光电门传高器 弹贺到力计 小 图像如图(b)所示，图中OA段为直 线.分析OA段，可得出的实验结论是： )动滑轮 的码真 (a) (3)图(b)中，图线AB段为曲线，该组同学 1 讨论分析后猜测，可能主要是因为实验 6000 中小车所受的拉力没有直接测量，实验 5000 4000 中对小车的合外力作了近似.他们改进 3(0) 2000 了实验装置，用力传感器直接测量小车 1000 IN 所受的拉力，如图(c)所示，选用三组不 0 10 20304050 同质量的钩码，得到小车所受拉力F的 (1)实验中钩码的质量 (填“需要” 大小随时间t的变化关系分别如图(d) 或“不需要”)远小于小车的质量， 的①、②、③所示，其中0~t,时间内用手 (2)该图像斜率与哪个量无关？ 拉住小车使小车静止，，时刻释放小车， A.小车的质量 B.钩码的质量 小车开始运动.由图(d)推断出，在使用 C.小车释放的位置D.挡光片的宽度d 图(a)的装置进行实验时，要使实验误 (3)若图像过原点，小车的位移为s,小车的 差尽量小，钩码总质量应尽量： (填“大”或“小”)一些，你是如何推 质量为M,请写出 A关于F的函数表 断的： 达式 (4)按照图(b)的点迹描绘图像 第3关练思维宽度 难度级别：☆★☆女 (5)为使上一问的图像过坐标原点，应适当 11.(2024·安微六安一中期末)某同学用如图 (填“减小”或“增大”)斜面左 (a)所示装置验证加速度与力的关系.小车 侧的高度 必修第一册学霸086可知B从锐角逐渐断增大到纯角，根据n-mB.y,由 8.(1)不必(2)mu(m,+ma）(3)0.40 mg N T 解析：(1)木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对 于iny不断减小，可知T不断减小，inB先增大后减小 速度无关则实验拉动木板时不必保持匀速， 可知V先增大后减小，结合牛顿第三定律可知.圆柱体对 (2)对木块、砝码以及重物B分析可知4(m,+m,)g+ 木板的压力先增大后减小，设两绳子之间的夹角为29，绳 mg=mg,解得m=mnu(m,+mo). 子拉力为T,则27s=T.可得T20日不变，T逐 (3）根据m=mg-m,-4m。·n,结合图像可知m。= 59-19 -=8,则4=0.40. 渐减小，可知绳子拉力不断碱小，故B正确，ACD错误.故 选B. 第四章 运动和力的关系 第1节牛顿第一定律 很大，力的作用时间极短，由于惯性，重球向下的位移极 小（可以看成运动状态未来得及改变），以致CD绳的拉 第1关（练速度） 力几乎未增加，故AB绳先断，③正确，④错误放选A 1.A2.D3.A4.B5.D 6.B解析：同体积的气泡和水，气泡的质量更小，当瓶子突 第2节实验：探究加速度与力、质量的关系 然加速运动时，气泡惯性小，运动状态更容易改变，所以气 第1关（练速度） 泡相对瓶子向右运动 1.A 第2关（继准确率）】 2.A解析：调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保特平行 7.B解析：A.水冲沙石，沙石才能运动.因为水的冲击力克 选项A正确：不挂砂桶.使长木板适当倾斜进行平衡摩擦 服了阻力，故力是改变运动的原因，故A错误：B.物体总 力，选项B错误：实验时，先接通打点计时器的电源.再释 有保持原有运动状态的性质即为惯性，其大小只与质量有 放滑块，选项C错误：改变滑块的质量后，不需要重新调节 关，质量越大惯性越大，力是改变物体运动状态的原因，重 长木板倾斜度，即不需要重新平衡摩擦力，选项D错误故 的大石由于质量太大，惯性太大，所以运动状态不容易被 选A 水流改变，故B正确：C.物体的运动不需要力来维持，如沙 3.(1)平衡摩擦力(2)0.360.16(3)C(4)各组小车质 石不受力的作用时，可以做匀速直线运动状态，故C错误： 量不同(5)无 D.“大石不移”是因为水的冲力等于大石受到的阻力，大 解析：(1)步骤A中的操作目的是平衡摩擦力 石所受的合外力为零，故D错误故选B. 8.B解析：因小车上表面光滑，故车突然停止后，两个小球 (2)可求得“2“点的速度为，=368+3.52 102m/s= 2×0.1 水平方向上不受力的作用，将以原来的速度匀速运动下 -×102m/s2= 去，故两个小球一定不相碰，B正确。 036m5,小车的加速度为a=384-36 0.12 9.A解析：由于列车原来做匀速运动，小球和列车保持相对 0.16ms2 静止，现在列车要减速，由于惯性小球必向前运动，故C, (3)A.由图甲可知，小车的加速度是砝码盘的加速度大小 D错误：又因列车要向南拐弯，由做曲线运动的条件知列 的2倍，故A错误：B.小车的拉力由弹簧测力计测得，则不 车要受到向南的力的作用，即桌子受到向南的力的作用， 需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件 所以小球相对桌面向北运动，故A正确，B错误故选A 故B错误：C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保 10.D解析：开始时金属球，车厢及氢气球有向右的相同速 证拉力沿着木板方向，故C正确：D.实验过程中，砝码向下 度，突然刹车使车厢做诚速运动时，由于金属球比车相内 加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码 同体积的空气质量大，惯性大，运动状态不易改变，相对 和砝码盘总重力的一半，故D错误，故选C 车厢还是向右运动.因此B向右偏，故B、C错误.氢气球 虽然有惯性.因为氢气密度小，空气的密度大（惯性比氧 (4)根据牛顿第二定律F=M,可得a=MF,则图像的斜 气球大)，所以向前会撞到空气，力的作用是相互的，氢气 率表示小车质量的倒数，所以造成各小组图线斜率不同的 球被空气向后推开，相对车厢向左运动，故A错误、 原因是各组小车的质量不同 D正确. (5)无论动滑轮是不是轻质的，弹簧测力计测的都是绳的 第3关（纸思维宽度） 拉力，所以对本实验结果无影响. 11,A解析：①②在绳的A端竖直向下缓慢增加拉力，重球 4.(1)B(2)如图所示(3)56 受力如图所示 ↑a/m·8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 使得重球有足够的时间发生了微小的位移，以致CD绳的 0.2 拉力F,逐渐增大，这个过程进行缓慢，可以认为重球始 0.1 终处于平衡状态，即Fn=Fn+mg,随着Fn增大，Fn也增 大，且F急是大于F,所以CD绳先被拉断，①正确， 04 44 ②错误：③④若在A端竖直向下突然猛拉，因为重球质量 可kg 参考答案学霸29 解析：(1)实验中采用控制变量法，探究加速度与质量的关 (2)本实验通过改变悬挂的钩码数量来改变弹簧测力计 系时，应控制小车质量不同，而提供外力的钩码质量相同 的拉力大小，即通过改变钩码质量来改变图像横坐标万 故选B.(3)表格中除第5次实验数据的0.5保留到小数点 的数值，以便获得多组数据绘制图像，因此可以判断图像 后一位外，其余数据均保留到小数点后两位，所以第5次 斜率与钩码质量无关，故选B. 实验数据有误，第6次实验数据偏离直线太远应该舍去 5.B解析：因小刚没有平衡摩擦力，只有拉力大于摩擦力 (3)由之前的分析可知，其关系式为{=2 △M F 时，小车才会产生加速度，图像与横轴有交点，故符合题意 (4)描点连线，如答案图所示 的只有B. (5)根据(4)中作出的图像可知，图线在横轴上有一段正 6.D 解析：当M远大于m时，小车所受合外力可认为近似 截距，说明当力F在某个值时，小车才运动，据此可知小 等于g,a与7近似满足正比关系：随着的增大，即随 车没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，即适当增大斜面 左端的高度可以使图像过坐标原点。 着M的减小，M不再满足远大于m,此时小车所受合外力 第3节牛顿第二定律 将逐渐小于g,使得a与不再近似清足正比关系，从而 第1课时牛顿第二定律的表达式 使图线向下弯曲.故选D 第1关（练速度） 第2关（练准确率） 1.B2.C3.C4.D 7.A解析：根据实验中得到的数据描出如图2所示的点迹 5.D解析：A.在-t图像中，面积表示位移的大小，D= 可知：图线不经过原点，当拉力为零时，加速度不为零，知 平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得过高了，故(1)正 放由图可知1物体的平均速度大于 2 ,Ⅱ物体的平均速 确：曲线上部出现弯曲现象，随着F的增大，即砂和砂桶质 量的增大，不再满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量的 条件，因此曲线上部出现弯曲现象，故(4)正确.故选A 度小于 2,A错误：BD。在-1图像中的切线表示物体的 8.需要需要s,:s,解析：实验前.需要使砝码和砝码盘 加速度，由图可知，两物体各自的加速度都在不断减小，则 总质量远小于小车的质量，为了减小摩擦对实验结果的影 两物体各自所受的合力都在不断减小，B错误，D正确： 响，需要垫高轨道右端以平衡摩擦力.根据匀变速直线运 C.两图线与横轴所制的面积随时间增大，所以两者的位移 动位移时间公式=弓，由于时间相同，则，， 都在不断增大，C错误.故选D. 6.B解析：A.物块刚接触弹簧后，弹簧形变较小，此时弹力 0z=s1i52 小于重力，物块仍然做加速运动，故A错误：B.物块从接触 9.(1)A(2)甲(3)C、A、B解析：(1)甲、乙.丙三个图小 弹簧到弹簧形变到最大这一过程中，弹力先小于重力，之 车与长木板之间都有摩擦力，为保证小车受到的拉力就是 后等于重力，再然后大于重力，故物块先加速后减速，故 所受的合力，所以都需要平衡摩擦力.故选A.(2)乙、丙两 B正确：C.当物块速度最大时，加速度为零，此时必有合力 图绳上的力由弹簧测力计和力传感器直接读出，不需要用 为零，即弹力等于重力，故C错误：D.弹簧被压缩到最短 重物的重力代替，所以不需满足M远大于m,而甲图用重 时，弹力大于重力，此时加速度向上，故D错误故选B. 物的重力代替绳的拉力，必须满足M远大于m.(3)甲图用 第2关（练准确率）】 重物的重力代替绳子的拉力.需满足M远大于m.随着m 7.D解析：踢出后的毽子，受到重力和空气阻力的作用，健 的增大，不满足M远大于m时，图像出现弯曲，所以甲组 子上升过程中有∫+mg=ma,毽子向上运动过程中速度逐 对应的是C:乙，丙图根据拉力相等时，加速度a2>aW,从 渐减小，阻力减小，故加速度减小：下降过程中有mg 而判断乙组对应A,丙组对应B. f=m,下降过程中速度逐渐增大，故加速度减小，因此全 10.(1)固定支架(2)小车物体的质量一定时，物体的加 过程中加速度一直碱小，且方向向下不变，故选D. 速度与外力成正比(3)小实验中用钩码重力G近似 8.C解析：ABC.已知飞船质量为m=3.0×10kg,在其推进 作为小车所受的拉力F,G越小，运动时F与G的差值越 器的平均推力F作用下，整体获得加速度为a,=A 小，所以实验误差会越小 第3关（练思维宽度） 0.01m/s2,根据牛顿第二定律可得F=(M+m)a1,代入数 据解得M=87000kg,飞船对空间站的推力为F=Ma,= 12 11.(1)不需要(2)B(3 870N.故AB错误，C正确：D.因为初始状态不清楚，所以 △2M 无法计算在5s内，飞船和空间站前进的距离，故D错误 (4)如图所示 故选C 9.A解析：水泥板与车厢底板的最大静摩擦力为f=mg,为 了使水泥板在车厢底板上不发生相对滑动，水泥板的最大 600 5000 加速度a=工=g,所以货车行驶的最大加速度a为 4000 3000 g,A正确.故选A 2000 10.D解析：A对货物受力分析，受重力mg和拉力T,根据 1000 F 牛顿第二定律，有T-mg=m,得a=T-,当T=0时。 0 10 20 304050 a=-g,即图线与纵轴的交点M的值aw=一g,故A正确： (5)增大 C.当a=0时，T=mg,故图线与横轴的交点N的值 解析：(1)实验中小车受到的合力可以由弹簧测力计读 出，因此不需要钩码的质量远小于小车的质量。 T,=mg,故C正确；BD.图线的斜率表示质量的倒数 必修第一册学霸30