第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系-【创新教程】2025-2026学年高中物理必修第一册五维课堂Word课时作业（人教版2019）

第四章 第2节 1．为了探究“加速度与力、质量的关系”，现有如图1所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题： (1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是(　　) A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰做匀加速运动 D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 (2)某学生在补偿阻力时，不慎使长木板倾角偏小．则他所得到的a－F关系应该是图2中的哪根图线？　________　(图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)． (3)某同学在实验中得到的纸带如图3所示，已知实验所用电源的频率为50 Hz.据纸带可求出小车的加速度大小为　__________　 m/s2(结果保留两位有效数字)． 解析：(1)补偿阻力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力．所以平衡时应将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，故A、B、C错误，D正确． (2)把长木板的一端垫得过低，使得倾角偏小，会导致重力沿斜面向下的分力偏小，摩擦力偏大，而且重力沿斜面向下的分力小于摩擦力，这样在绳子的拉力大于摩擦力时，小车就会产生加速度，故选项D正确． (3)计数点间的时间间隔：t＝2×0.02 s＝0.04 s， 由匀变速直线运动的推论：Δx＝at2可知，加速度为：a＝＝×10－2 m/s2≈3.2 m/s2. 答案：(1)D　(2)D　(3)3.2 2．某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题： (1)该同学在实验前准备了图1中所示的实验装置及下列辅助器材： A．交流电源、导线 B．天平(含配套砝码) C．秒表 D．刻度尺 E．细线、沙和小沙桶 其中不必要的器材是　________　(填代号)． (2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况．其中一部分纸带上的点迹情况如图2所示，已知打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，测得A点到B、C点的距离分别为x1＝5.99 cm、x2＝13.59 cm，则在打下点迹B时，小车运动的速度vB＝　________　 m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a＝　________　 m/s2.(结果保留三位有效数字) (3)在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a－F图像，其中图线不过原点的原因是　____________________　，图线在末端弯曲的原因是　________________________　. 解析：(1)在实验中，打点计时器可以测量时间，所以不需要秒表，上述器材中不必要的为C. (2)B点的速度等于AC段的平均速度，则有： vB＝＝ m/s≈0.680 m/s 根据Δx＝aT2得： a＝＝＝ m/s2＝1.61 m/s2 (3)由图3所示图像可知小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，说明合外力大于0，说明补偿阻力过度，即木板与水平面的夹角太大；该实验中当小车的质量远大于沙和沙桶的质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于沙和沙桶的总重力大小，随着F的增大，即沙和沙桶的质量增大，逐渐地沙和沙桶的质量不再满足小车质量远大于沙和沙桶的质量，因此会出现较大误差，图像会产生弯曲． 答案：(1)C　(2)0.680　 1.61　(3)平衡摩擦力过度　沙和沙桶的质量太大 3．探究“加速度与力、质量关系”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，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小． (1)关于补偿阻力，下列说法正确的是　________　. A．补偿阻力时，需要在动滑轮上挂上钩码 B．改变小车质量时，需要重新补偿阻力 C．改变小车拉力时，不需要重新补偿阻力 (2)实验中　________　(选填“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．补偿阻力时木板倾角过大 C．补偿阻力时木板倾角过小或未补偿阻力 解析：(1)补偿阻力时，不需要在动滑轮上挂上钩码，故A错误；实验过程改变小车质量时，不需要重新补偿阻力，故B错误；实验前补偿阻力后，在实验过程中改变小车拉力时，不需要重新补偿阻力，故C正确． (2)小车所受拉力可以由力传感器测出，不需要满足钩码质量远小于小车质量； (3)由图示图像乙可知，拉力为零时小车已经产生加速度，说明小车受到的合力大于细线的拉力，这是由于补偿阻力时木板倾角过大、补偿阻力过大造成的，故B正确，A、C错误． 答案：(1)C　(2)不需要　(3)B 4.在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中： (1)甲、乙两位同学根据实验数据画出的小车的加速度a与小车所受拉力F的图像分别为图(a)中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这两种情况原因的四种解释，其中可能正确的是　________　. A．实验前甲同学没有补偿阻力 B．甲同学在补偿阻力时把长木板的末端抬得过高了 C．实验前乙同学没有补偿阻力 D．乙同学在补偿阻力时，把长木板的末端抬得过高了 (2)如图(b)给出了该次实验中从O点开始，每5个点取一个计数点的纸带(频率为50 Hz)，其中1,2,3,4,5都为计数点，其中x1＝1.41 cm，x2＝1.91 cm，x3＝2.39 cm，x4＝2.91 cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝　________　 m/s，小车的加速度a＝　______　 m/s2. 解析：(1)Ⅰ直线表明在小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，即合外力大于0，说明补偿阻力过度，即把长木板的末端抬得过高了，故A错误，B正确；Ⅱ直线说明在拉力大于0时，小车的加速度为0，即合外力为0，说明没有补偿阻力或补偿阻力不足，也就是没有将长木板的末端抬高或抬高不够，故C正确，D错误． (2)每5个点取一个计数点的纸带，相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得v4＝ m/s＝0.265 m/s.根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：x3－x1＝2a1T2，x4－x2＝2a2T2.为了更加准确地求解加速度，我们对两个加速度取平均值，得：a＝(a1＋a2)＝ m/s2＝0.495 m/s2. 答案：(1)BC　(2)0.265　0.495 5．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图所示． (1)打点计时器是一种计时仪器，其频率为50 Hz，常用的有电磁打点计时器和电火花计时器，使用的都是　____________　(选填“直流电源”或“交流电源”)，每隔　________　 s打一个点． (2)某同学在实验中打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中x1＝7.06 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.30 cm、x4＝8.92 cm，那么打B点的瞬时速度大小是　________　m/s；纸带加速度的大小是　________　 m/s2(计算结果保留两位有效数字)． (3)某同学将长木板右端适当垫高，以补偿阻力．但他把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大．用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力．他绘出的a－F关系是　________　. 解析：(1)打点计时器使用的都是交流电源，每隔0.02 s打一个点． (2)根据题意，相邻计数点间的时间间隔t＝0.1 s，则 vB＝＝ m/s≈0.74 m/s a＝ m/s2＝0.62 m/s2. (3)倾角过大，当拉力F＝0时，小车就有加速度，选项C正确． 答案：(1)交流电源　0.02　(2)0.74　0.62　(3)C 6．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中． (1)(多选)某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系．下列措施中不需要或不正确的是　________　. A．首先要补偿阻力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 B．补偿阻力的方法是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速运动 C．每次改变拉小车的拉力后都需要重新补偿阻力 D．实验中，通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力 E．每次小车都要从同一位置开始运动 F．实验中应先放小车，然后再接通打点计时器的电源 (2)某组同学实验得出数据，画出的a－的关系图线如图所示． 从图像中可以看出，作用在物体上的恒力F＝　________　N. 解析：(1)本实验中，在补偿阻力时，不应该将小桶挂在小车上，并且只需要在实验之前补偿一次阻力即可，不需要每次改变拉小车的拉力后都重新补偿阻力，实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，每次小车不一定都从同一位置开始运动，并且是先接通电源，再放开小车． (2)图线的斜率表示小车受的合力，则 F＝＝ N＝5 N. 答案：(1)BCEF　(2)5 7．如图为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率． (1)实验主要步骤如下： ①将拉力传感器固定在小车上． ②补偿阻力，让小车在不受拉力时做　____________　运动． ③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使　________________　. ④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB. ⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作． (2)下表中记录了实验测得的几组数据，v－v是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝　____________　；请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留三位有效数字). 次数 F/N v－v/(m2·s－2) a/(m·s－2) 1 0.60 0.77 0.80 2 1.04 1.61 1.68 3 1.42 2.34 2.44 4 2.62 4.65 5 3.00 5.49 5.72 (3)由表中数据，在坐标纸上作出a－F关系图线． (4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)．造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是________________________________________． 解析：(1)②补偿阻力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动． ③为保证细线的拉力不变，细线必须与长木板平行． (2)由匀变速直线运动速度与位移的关系v－v＝2aL可得，a＝.将v－v＝4.65 m2/s2，L＝0.48 m代入后，可得a≈4.84 m/s2. (3)如图所示． (4)由作出的a－F图像可知，当拉力F已经大于0时，小的加速度仍然为0，故可能的原因是没有完全补偿阻力． 答案：(1)②匀速直线　③细线与长木板平行 (2)　4.84(4.83～4.85之间也算对) (3)见解析　(4)没有完全补偿阻力 8．某实验小组用如图1所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系．用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连．两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起．将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭．实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作．打点稳定后，甲将两辆小车同时释放．在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验．请回答以下问题： (1)图2为小车A后面的纸带，纸带上的0,1,2,3,4,5,6为每隔4个打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图2中标注，单位为cm.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝　________　 m/s2(结果保留两位有效数字)，同样测出小车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于　________　，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比． (2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究，若x1∶x2近似等于　______　，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是________________________________________________________________________． 解析：(1)每隔4个打印点选取一个计数点，计数点间的时间间隔：t＝0.02×5 s＝0.1 s，由匀变速直线运动的推论：Δx＝at2可知，加速度为：a＝＝ m/s2≈0.48 m/s2；由图1所示实验装置可知，小车A受到的拉力为小车B受到拉力的，两车的质量m相等，两车的加速度之比：＝＝＝＝； (2)两小车都做初速度为零的匀加速直线运动，它们的运动时间t相等，它们的位移之比：＝＝＝，如果＝也可以说明质量一定的情况下，物体的加速度与其质量成正比． 答案：(1)0.48　1∶2　(2)1∶2　由x＝at2可知，当时间t相等时，位移与加速度成正比 学科网（北京）股份有限公司 $$