第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系-【重难点手册】2024-2025学年高中物理必修第一册同步练习题（人教版2019 浙江专用）

第四章运动和力的关系底细 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 A基础过关练 测试时间：15分钟 D.槽码和槽码盘的总质量比小车的质 1.(2023·浙江杭州高级中学高一期末)学 量小得多时，拉小车的力才约等于槽 习物理除了知识的学习外，还要领悟并 码和槽码盘所受的总重力 掌握处理物理问题的思想与方法，下列 3.(2023·浙江湖州吴兴中学高一阶段练 关于物理学中的思想方法，叙述不正确 习)在保持小车质量m不变，探究a与F 的是( 的关系时，小车质量m和小盘及砝码质 A.在探究求合力方法的实验中使用了 量m'分别选取下列四组值.若其他操作 等效替代的思想 都正确，要使所画出的：F图线较准确， B.伽利略在研究自由落体运动时采用了 应选用的一组测量值是( 理想实验法 A.m=500g,m'分别为50g、70g、 C.在探究加速度与力、质量的关系实验 100g、125g 中使用了控制变量法 B.m=500g,m分别为20g、30g、40g、 D.在研究物体的运动时，若物体本身的 50g 大小远小于它运动的距离，物体可以 C.m=200g,m分别为50g、70g、 当作质点来处理，采用了理想化模 100g、125g 型法 D.m=100g,m'分别为30g、40g、50g、 2.用阻力补偿法来探究加速度与力、质量 60g 的关系的实验装置如图所示，图中的小 4.(2023·浙江杭州二中高一期末)利用图 车质量大约为200g,则下列说法正确的 示装置探究加速度与力、质量的关系，下 是( 列说法正确的是( 小4纸带打点计时器 小车 打点计时器 O-0 纸带 歃码盘 A.打点计时器应固定在靠近定滑轮的 A.电磁打点计时器要用4节干电池作 位置 为电源 B.需要用天平测出小车的质量 B.实验时小车中增加钩码，改变小车质 C.平衡摩擦力时，应将砝码盘用细绳系 量，务必重新平衡阻力 在小车上 C.为了保证实验精度，滑轮下细线悬挂 D.小车加速运动时，细绳对小车的拉力 槽码的总质量越大越好 等于砝码和砝码盘的总重力 73 难点手册高中物理必修第一册)（浙江专用） 5.(2023·浙江宁波镇海中学高一期末)在 C.两组实验中只有甲需要满足所挂钩码 “探究加速度与力、质量的关系”实验中， 的总质量m远小于总质量M的条件 下列做法正确的是( ) D.两组实验都需要满足所挂钩码的总 A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细 质量m远小于总质量M的条件 绳通过定滑轮系在小车上 2.(2023·浙江宁波余姚中学高一期末)用 B.每次改变小车质量时，不需要重新平 如图甲所示的实验装置来探究加速度与 衡摩擦力 质量、合外力的关系.在探究质量一定、 C.实验时，应先放开小车，再接通打点计 加速度与合外力关系时，用砂和小桶的 时器电源 重力代替小车受到的拉力，测出多组加 D.可用天平测出装砂小桶和砂的质量 速度与对应合外力F的数据，并作出 (m和m')以及小车质量M,直接利 aF图像 用公式mm)g求出小车运动的加 M 小1 屯磁打点计时器 速度 纸带 乃综合提能练 测试时间：35分钟 1.小明和小华在实验室探究加速度与力、 小桶和砂 质量的关系，他俩各自独立设计了如图 甲、乙所示的实验装置，小车总质量用M (1)下列实验操作中，正确的是 表示（甲图中传感器的质量可以忽略）， A.调节滑轮的高度，使牵引小车的 钩码总质量用m表示.为便于测量合外 细线与长木板保持平行 力的大小，并得到小车总质量一定时，小 B.每次实验，都要先放开小车，再接 车的加速度与所受合外力成正比的结 通打点计时器的电源 论，下列说法正确的是( C.平衡摩擦力时，应将悬挂小桶的细 打点计时器力传感器 线系在小车上 D.实验中需要保证小车质量远大于 小桶和砂的总质量 父 (2)在一次实验操作中，获得如图乙所示 打点计时器 的纸带，A、B、C、D为计数点，其中相 邻两计数点间均有四个点未画出，所 用交变电流的频率为50Hz,由纸带 可求得小车运动的加速度a= A.两组实验中只有甲需要平衡摩擦力 m/s2,B点的瞬时速度大 B.两组实验都需要平衡摩擦力 小VB m/s(结果均保留2 74 第四章运动和力的关系么超 位有效数字). B C E 遮光板1 遮光板2 中中 234567891011121314 乙 (3)保持小车的质量不变，改变小桶中砂 (1)实验前，接通气源，将滑块（不挂钩 的质量，进行多次测量.根据实验数 码)置于气垫导轨上，轻推滑块，遮光 据作出了加速度a随拉力F的变化 板1、2经过光电传感器的挡光时间 图线，如图丙所示.图中直线没有通 分别为41、2，由此可知，遮光板1经 过原点，其主要原因是 过光电传感器时的速度为 卡un·s) 1.00 (用题中已知字母表示)，当满足 0.80 时，说明气垫导轨已经 0.60 水平 0.40 (2)挂上质量为m的钩码，将滑块由光 0.20 电传感器右侧某处释放，记录遮光板 0.200.400.600.80pN 丙 1、2的挡光时间. A.可能是平衡摩擦力时木板倾角 (3)更换不同数量的钩码，多次记录遮光 过大 板1、2的挡光时间. B.可能是平衡摩擦力时木板倾角 (4)将钩码的总重力记为滑块受到的合 过小 力F,作出滑块的合力F与得一》 C.可能是砂和小桶的质量过大 D.可能是小车的质量过大 的图像，该图像为过坐标原点的一条 3.(2023·浙江金华一中高一期末)某实验 直线，如图丙所示，若该图像的斜率 小组利用如图甲所示的实验装置来验证 为 (用题中已知字母表示)， 牛顿第二定律.质量为M的滑块左右两 即可验证牛顿第二定律成立。 端各有一个挡光宽度为d的遮光板，两 遮光板中心间的距离为L,如图乙所示 主要实验步骤如下： 2 计算机 光电传感器遮光遮光 内 气垫导轨 板】板2 滑块 (5)由于本实验中钩码的总重力并不等 于滑块的合力F,要想合力的相对误 源 合力的测量值（钩码的总重）一合力的真实值 钩码 差 合力的真实值 100%)小于5%，实验中所挂钩码总 75 难点手册高中物理必修第一册 2(浙江专用) 质量的最大值为 A B C P F G A.0.025M B.0.05M C.0.075M D.0.10M 图3 4.(2023·浙江杭州长河高级中学高一期 ①为了让小车受到的拉力Fr近似等 末)在探究加速度与力、质量的关系实验 于mg,必须 中，我们可以采用多种探究方案 ②调节好实验装置，符合实验操作要 (1)如图1，将轨道分上下双层排列，两 求的情况下，打出的一条纸带如图3 小车尾部的刹车线由后面的刹车系 所示，图中各点均为计数点，相邻各 统同时控制，能使小车同时运动同时 点间还有四个点未标出，所用交变电 停下，通过改变槽码盘中的槽码来改 流的频率为50Hz,相邻两计数点间 变拉力的大小， 的距离分别为：sB=4.22cm,s 4.65cm,m=5.08cm,sr=5.49cm, r=5.91cm,=6.34cm,则小车运 动的加速度a= m/s2(结果 保留2位有效数字). 图1 ③完成两组实验后，把测得的数据画 ①设甲车在运动过程中的距离为 在aF坐标系中，经描点后如图4所 x1,加速度为a1,乙车在运动过程中 示，甲和乙斜率不同的原因是 的距离为x2,加速度为a2,则a1= 不同，乙线实验中存在的问 题是 ②如果该装置用来进行“探究加速度 与质量的关系”的实验，甲、乙两车槽 码盘和槽码的质量要 (填 “必须相同”、“可以不同”或“可以 相同”) (2)如图2为第二种实验探究方案，小车 图4 及车中的钩码质量用M表示，槽码 5.(1)如图1所示的装置既可以做实验A 盘及盘中的槽码质量用m表示， “研究匀变速直线运动速度与时间关 打点计时器 纸带 系”，又可以做实验B“探究加速度和 力及质量的关系”，以上两个实验中 必须平衡摩擦力的实验是 1图2 (填“实验A”或“实验B”). 76 第四章运动和力的关系值 屯火花时器纸带 小车 细绳 (4)有人在做“探究加速度与力、质量的 关系”实验时，采用了如图4的拓展 重物 方案，其实验操作步骤如下： ①挂上托盘和砝码，调节木板的倾 1 角，使质量为M的小车拖着纸带沿 (2)如图2是纸带穿过打点计时器的两 木板匀速下滑： 种穿法，比较合理的穿法是 (填“甲”或“乙”). ②取下托盘和砝码，测出其总质量为 夏平 ,让小车沿木板下滑，测出加速度a: ③改变砝码质量和木板倾角，多次测 量，通过作图可得到：F的关系， 图2 则该实验方案中的F应该为(0为木 (3)在“探究加速度和力及质量的关系” 板倾斜角) 实验中打出的一条纸带的部分实验 数据如图3所示，相邻两个计数点间 打点计时器 还有四个点未画出.所用电源频率为 50Hz,由该纸带可求小车的加速度 纸带 大小a m/s2(结果保留2 位有效数字). AB 图4 D 丙 可 0cm123456789101112 A.mg B.Mg 图3 C.Mgsin 0 D.Mgsin 0-mg 77练习册参考答案与解析次 可知，即使没有挡油板，油也几乎不会涌动，故D正确。 知F=G十F,显然F>F,则在缓慢增加拉力时，细 故选D. 绳La先断，能顺利摘下灯笼.故A正确：若细绳L1突 2.AB【解析】当汽车突然启动时，金属块由于具有惯性 然施加很大的力，此时由于惯性，灯笼有保持原状态 仍然保持静止，所以金属块相对于汽车向后运动，使绿 (静止)的特性，使得细绳L:的形变量不能立即增加， 灯支路接通，即绿灯亮，故A正确：当汽车刹车时，金属 细绳1的拉力未明显变化，所以细绳L,先断，不能顺 块由于具有惯性仍然向前运动，所以金属块相对于汽 利摘下灯笼，故BCD错误.故选A 车向前运动，使红灯支路接通，即红灯亮，故B正确：当 C强基突破练 汽车匀速前进或者匀速倒车时，金属块与汽车保持相 1A【解析】由两种介质组成的系统，密度大的惯性大， 对静止，两支路不接通，两灯都不亮，故CD错误.故 当系统向右匀加速运动时，密度小的向右偏移，密度大 选AB 的向左偏移：塑料的密度小于水的密度，P球向右偏 3.C【解析】B球悬浮，因此B的密度与容器中液体的密 移，水向左偏移：塑料的密度大于空气的密度，空气向 度相同：A是气泡，质量较小，惯性较小：金属球C沉 右偏移，Q球向左俯移.A正确，BCD错误.故选A 底，故C的质量和密度都较大，惯性也较大：当小车由 第2节实验：探究加速度与力、质量的关系 静止开始向右运动时，由于惯性，A、B、C都想保持原 来的静止状态：由于气泡A的惯性小，将被涌向左侧的 A基础过关练 液体推向右边，即气泡A向右运动：C球由于惯性大， 1.B【解析】探究求合力方法的实验中是用两个力产生 将能继续保持原来的静止状态，则C球相对于小车向 的作用效果与一个力产生的作用效果相同来寻找分力 左运动；B球和液体的密度相同且容器中充满液体，则 与合力之间的关系，采用的是等效替代的思想，故A正 B球和液体（以及容器）保持相对静止，故ABD错误，C 确：伽利略在研究自由落体运动时，采用的是实验加合 正确.故选C 理外推的方法故B错误：探究加速度与力、质量的关 4.C【解析】若小车匀速向左运动，则水也匀速运动，速 系实验中，是分别在质量一定和合外力一定的情况下 度相等，碗中的水不会洒出，故A错误：小车突然向左 探究加速度与合外力、与质量的关系，采用的是控制变 加速，由于惯性，水还没有来得及加速，所以小车向左 量法，故C正确：在研究物体的运动时，若物体本身的 的速度大于水向左的速度，水将向右洒出，故B正确： 大小，形状对研究的影响可以忽略不计，则可把物体看 小车突然向右减速，由于惯性，水还没有来得及减速， 作质点，采用理想模型法来处理，故D正确.故选B 所以小车向右的速度小于水向右的速度，水将向右酒 2.D【解析】电磁打点计时器使用交流电源，而干电池是 出，故C正确：小车突然向左减速，由于惯性，水还没有 直流电源，故A错误：实验时小车中增加钩码，改变小 来得及诚速，所以小车向左的速度小于水向左的速度， 车质量，不必重新平衡阻力，故B错误：为了保证实验 水应向左洒出，故D错误.故选C 精度，滑轮下细线悬挂槽码的总质量不是越大越好，故 5.B【解析】车突然停止前，两个小球和小车一起做匀速 C错误：槽码和槽码盘的总质量远小于小车的质量时， 直线运动，并且两个小球和小车具有相同的速度.当小 槽码和槽码盘所受的总重力约等于拉小车的力，故D 车突然停止时，由于小球在光滑接触面上，因此两个小 正确.故选D. 球由于惯性，还要保持原来大小不变的速度做匀速直 3B【解析】实验时要求小车质量m要远大于小盘及砝 线运动，两球的速度相同，因此两个小球间的距离不 码的质量m,轻绳的拉力才认为等于小盘及砝码的重 变，一定不会相碰，故B正确，ACD错误.故选B 力，故只有B中m与m相差最大，故选B 6.A【解析】悬挂的灯笼受到自身重力G.细绳L沿绳 4.B【解析】若打点计时器固定在靠近滑轮的位置，则小 向上的拉力F:,细绳L1沿绳向下的拉力F:,由平衡可 车就没有运动的空间，故A错误：当拉力一定时，改变 33 重难⑤手册高中物理必修第一册)（浙江专用） 小车的质量，测量加速度，所以小车质量是必测的，故 (2)由于相邻两计数点间均有四个点未画出，则相邻两 B正确：平衡摩擦力时应将砝码及盘均取下，垫高平板 计数点间的时间间隔为T-5X品s=0,1s,根据逐差 的一端，让小车恰能在斜板上做匀速直线运动，故C错 误：小车加速，同样砝码也向下做加速运动，属于失重， 法可得，小车运动的加速度a=工e一）一x匙 4T2 绳子拉力小于砝码的重力，故D错误.故选B (12.00-4.40)×102-4.40×10 m/s2=0.80m/s2. 5.B【解析】平衡摩擦力时，应将细绳从小车上拿去，轻 4×0.12 轻推动小车，使小车带动纸带沿木板运动，通过打点计 B点的瞬时速度大小m=务=0X 2X0.1m/s 时器打出米的纸带判断小车是否做匀速运动，A错误： 0.22m/8 在平衡好摩擦力后，每次改变小车的质量时，小车的重 (3)题图丙中直线没有通过原点，表明在小桶中有少量 力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡 砂的时候，即细线有较小的拉力时，小车没有运动，加 摩擦力，B正确：实验时，应先接通打点计时器电源，待 速度仍然为0，说明实验时没有平衡摩擦力，或者平衡 打点稳定后，再放开小车：若先放开小车，再接通打点 摩擦力时木板倾角过小，故选B 计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点 很少，不利于数据的采集和处理，C错误：小车运动的 3(D4:=(或=). (4)Mr 2L (5)B 加速度是利用打点计时器在纸带上打点的数据来测 【解析】(1)遮光板1经过光电传感器时的速度为= 量，如果用天平测出装砂小桶和砂的质量(m和m')以 4,当满足4=4，即1=时，说明气垫导轨已经 及小车质量M,直接利用公式m士m求出，这是直 M 水平 接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加 速度与物体所受合外力、质量间的关系，D错误，故选B (4)滑块的加速度a )广-( 2L -,则F=Ma B综合提能练 1.B【解析】为了诚小误差，两组实验均需要平衡摩擦 (合)（合制 21 力，故A错误，B正确：甲图中小车受到的拉力可由传 感器读出，乙图中拉小车的力可由测力计读出，故都不 图像的斜率为= 2L2 ,即可验证牛顿第二定律成立： 需要钩码的总质量m远小于小车的总质量M,故CD 《6)合力的测量值为P=mg,真实值为F瓷， 错误.故选B M 2.(1)AD.(2)0.80:0.22.(3)B 则 mgM中mg M <5%,解得n<0.05M,枚选B 【解析】(1)为了使小车在运动过程中细线中的拉力大 M十mg 小一定，调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板 4.(1)①.②必须相同.(2)①M>m.②0.42.③质量： 保持平行，A正确：实验时，为了避免纸带上出现大量 的空白段落，每次实验，都要先接通打点计时器的电 轨道的倾斜角度过大 源，再放开小车，B错误：平衡摩擦力时，是平衡小车所 【解析】(1D①两小车做的是初速度为0的匀加速直线 受的摩擦力，应该让小车单独做匀速直线运动，实验时 运动，由x=2r知，当两车运动时间相同时，马一 不能将悬挂小桶的细线系在小车上，C错误：由于用砂 和小桶的重力代替小车受到的拉力，为了减小实验的 4.②探究加速度与质量的关系时，为保证小车受到的 系统误差，实验中需要保证小车质量远大于小桶和砂 力相等，则甲，乙两车槽码盘和槽码的质量必须相同 的总质量，D正确.故选AD. (2)①以整体为研究对象可得mg=(M十m)a,以小车 34 练习册参考答案与解析么超 为研究对象得F=Ma,联立可得下1=mg,为使拉 速度为0，牛顿第二定律F=a中的F为合外力，牛顿 1+ 第二定律照样适用.故选D 力Fr近似等于mg,则应满足M>m. 3B【解析】若货车匀速运动，则石块受力平衡，则其他 ②油逐差法可得加速镀为a一州笔十土一(sw十十m) 石块对该石块的作用力与其重力等大反向，则F竖直 (Ty 向上，选项A不符合题意：若货车匀加速运动，则石块 -3.79×10- (3X0.1)Fm/s≈0.42m/s. 受的合力水平向前，则其他石块对该石块的作用力F 斜向右上方，选项C不符合题意：若货车匀减速运动， ③由F图像斜率的倒数为质量可知，甲和乙斜率不 则石块受的合力水平向后，则其他石块对该石块的作 同是由于两次的质量不同.由图4知，乙线中当拉力F 用力F斜向左上方，选项D不符合题意：由以上分析 为0时，加速度a大于0，可知平衡摩擦力过大，即轨道 可知，石块P受到其他石块的作用力F的方向不可能 的倾斜角度过大， 为斜向右下方向，选项B符合题意.故选B 5.(1)实验B(2)乙.(3)0.38.(4)A 4.B【解析】球和该同学具有相同的加速度，对小球分析 【解析】(1)研究匀变速直线运动速度与时间关系实验 如图甲所示，则N一。根据牛顿第二定律得gm广 不需要平衡摩擦力，而探究加速度和力及质量的关系 ma,解得a=gtan0,故AC错误，B正确：对球拍和球整 实验需要平衡摩擦力，让绳子拉力为小车的合外力，故 体分析如图乙所示，整体的加速度与球的加速度相同， 选实验B. 根据平行四边形定则知，该同学对球拍的作用力为F一 (2)应该让纸带穿过限位孔，放在墨粉纸的下面，故选乙， (3)由逐差法得加速度为a=AE一AC9-AC,其中 M牛mg,故D错误.故选B cos 0 (2T)3 AE=(11.05-3.00)cm=8.05cm. AC=(6.27一3.00)cm=3.27m,解得加速度为a≈ 0.38m/s2. (4)由题意知挂上托盘和砝码，调节木板的倾角，使质 量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑，则满足 (M-m)g 令 乙 Mgsin 0-pMgcos 0=T,T=mg.Mgsin 0-uMgcos 0= 5.C【解析】推进器开动5s内，飞船和空间站的加速度 mg,所以取下托盘和砝码，让小车沿木板下滑，由牛顿 第二定律得Mgsin0-Mgcos0=Ma,所以可得mg= 为a=是-001m,对飞船和空间站整体，在加速 Ma,所以该实验方案中的F应该为mg,故选A. 过程中，由牛顿第二定律有F=(m飞十m整)a,解得空 第3节牛顿第二定徘 间站质量m空=9.27×10kg,与C选项最为接近，故C A基础过关练 正确，ABD错误.故选C 1,D【解析】物体的速度很大，如果物体做匀速直线运 6.AC【解析】轻绳被剪断瞬间，轻绳拉力突变，弹簧弹 动，则物体的加速度为0，所受合力为0，故A错误，D 力不变，故A正确，B错误：对A球：在剪断绳子之前， 正确：做自由落体运动的物体，初始时刻速度为0，但加 A球处于平衡状态，所以绳子的拉力等于A球的重力 速度为重力加速度，物体所受合力为重力，故B错误： 沿斜面的分力.在剪断绳子的瞬间，绳子上的拉力立即 物体的速度为0，加速度可能很大，根据牛顿第二定律 减为0，此时小球A受到的合力为F=mgsin30°= 可知，所受的合力不可能很小，故C错误.故选D m,解得a1=0.5g.对B球：在剪断绳子之前，对B球 2D【解析】当我们用很小的力去提一个重物时，却提不 进行受力分析，B球受到重力、弹簧对它斜向上的拉 动，这是因为拉力小于重力，物体受到的合外力为0，加 力、支持力及绳子的拉力，在剪断绳子的瞬间，绳子上 35