5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 分层练习 -2025--2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 梯度分层 基础巩固：课堂衔接，回归教材，夯实根本 拔高提升：进阶训练，聚焦核心，提炼重难 思维拓展：情景构建，素养提升，高阶训练 ( 基础巩固 1 ) 1.如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，锁定小车后，缓慢降低滑轮高度使细绳与长木板平行（由实线移至虚线位置）的过程中，下列说法正确的是( ) A.小车受细绳的拉力变小 B.小车受细绳的拉力不变 C.滑轮受细绳的作用力变小 D.滑轮受细绳的作用力不变 2.用图示装置做“探究物体的加速度与力、质量的关系”的实验，下列操作中正确的是( ) A.电火花打点计时器选用8V交流电源 B.平衡摩擦力时将砝码盘通过细线挂在小车上 C.实验中，释放小车与接通打点计时器需同时进行 D.实验中改变小车的质量后，不需要重新平衡摩擦力 3.某兴趣小组通过如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。下列操作正确的是( ) A.调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持平行 B.挂上砂桶，使长木板适当倾斜进行平衡摩擦力 C.实验时，先释放滑块，再接通打点计时器的电源 D.改变滑块的质量后，需要重新调节长木板倾斜度 4.“探究小车加速度与质量的关系”实验装置如图所示，平衡摩擦力时应( ) A.在钩码盘的牵引下使小车匀速运动 B.将长木板的A端适当垫高 C.将长木板的B端适当垫高 D.在钩码盘的牵引下使小车加速运动 5.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示.实验中，为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力，则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是( ) A.m远大于M B.m远小于M C.m略大于M D.m略小于M ( 拔高提升 2 ) 6.某实验小组用如图甲所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。 （1）通过实验得到如图乙所示的图像，造成这一结果的原因是在平衡摩擦力时，木板与水平桌面间的倾角______（填“偏大”或“偏小”）。 （2）该同学在平衡摩擦力后进行实验，小车在实际运动过程中所受的拉力______（填“大于”“小于”或“等于”）砝码和盘受到的总重力，为了便于探究、减小误差，应使小车的质量M______（填“远大于”“远小于”或“等于”）砝码和盘的总质量m。 （3）某次实验打出一条点迹清晰的纸带如图丙所示，在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间有四个计时点未标出，计时器打点频率为，则小车运动的加速度大小为______（保留两位有效数字）。 7.用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。 （1）实验时先_________（选填“挂”或“不挂”）钩码，后反复调整垫块的左右位置，直到小车做_________运动，这样做的目的是_________。 （2）图乙表示某次实验中打出的一条纸带，在纸带上标出连续的5个计数点，每两个相邻计数点之间还有4个计时点未标出，已知所用电源频率为50Hz，则计数点3的速度大小_________m/s，小车的加速度大小_________；（结果保留3位有效数字） （3）如果实验过程中所用电源的频率小于50Hz，那么上述加速度的测量值比实际值_________（填“偏大”或“偏小”）。 8.某同学利用图示装置做“探究合力一定时，物体的加速度跟质量的关系”的实验。 （1）不挂矿泉水瓶，改变长木板的倾角，推动小车，直至纸带上的点迹_______。 （2）挂上装有水的矿泉水瓶，质量为的小车靠近打点计时器，应_______（选填“先释放小车后接通电源”或“先接通电源后释放小车”），记下拉力传感器的示数T，利用打出的纸带算出小车的加速度大小。 （3）在小车上添加质量为的钩码，重复实验，改变瓶中水量使得在小车运动过程中拉力传感器的示数为_______，利用打出的纸带算出小车的加速度大小。 （4）重复步骤（3），可获得多组数据，作出加速度a与小车及钩码的总质量M的倒数之间的关系图象。 9.如图是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 （1）安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是___（填“A”或“B”）； A.平衡摩擦力 B.调节长木板水平 （2）实验时，应_____（填“A”或“B”）； A.先释放小车再接通电源 B.先接通电源再释放小车 （3）研究小车加速度与质量的关系时，应控制_______（填“A”或“B”）不变。 A.小车质量 B.砝码和砝码盘总质量 10.某实验小组用图甲所示装置探究小车（固定有力传感器）的加速度与力的关系。 （1）关于该实验，下列说法正确的是______。 A.拉小车的细线可以不平行木板 B.补偿外界对小车的阻力时，小车不需要拖动纸带 C.本实验中可以不测量小车和传感器的质量 D.沙桶和沙的质量必须远小于小车和传感器的质量 （2）在实验中，若木板水平放置，先在沙桶中放入合适的沙，使小车做匀速直线运动，此时力传感器的读数为，往沙桶中增添沙子后，小车做匀加速直线运动，力传感器的读数为，若小车和传感器的质量为m，则小车的加速度大小为______。 （3）实验中得到一条如图乙所示的纸带，图中相邻两计数点间还有1个点未画出，打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图中实验数据可知，打点计时器打下B点时小车的速度______m/s，小车的加速度______（结果均保留两位小数）。 ( 思维拓展 3 ) 11.如图所示为验证“牛顿第二定律”的实验装置简图，电源频率为50Hz，请回答下列问题： （1）如图是某次实验时得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为，由图中数据可计算出打计数点“1”时小车速度为_____m/s，小车的加速度大小为_____。（结果保留2位有效数字） （2）实验中，以下说法正确的是__________； A.实验时，先放开小车，后接通电源 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要受到阻力 C.平衡摩擦力后，改变小车质量多次实验，长木板与水平桌面间的角度需要调整 D.本实验需要小车质量远大于砂和砂桶的质量 （3）实验中改变砂和砂桶总质量，依次记录弹簧测力计的示数F并求出所对应的小车加速度大小a，画出的图象是一条直线如图所示，则图象不过原点的原因是___________。 12.如图甲所示是某研究性学习小组探究小车加速度与力关系的实验装置，长木板置于水平桌面上，一端系有沙桶的细绳通过滑轮与固定的拉力传感器相连，拉力传感器可显示绳中拉力F的大小，改变桶中沙的质量进行多次实验。完成下列问题： （1）实验时，下列操作或说法正确的是___________。 A.需要用天平测出沙和沙桶的总质量 B.为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量 C.选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小 D.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数 （2）实验中得到一条纸带，相邻计数点间有四个点未标出，各计数点到A点的距离如图乙所示。电源的频率为50Hz，则由纸带可知小车的加速度大小为__________。（保留三位有效数字） （3）以拉力传感器的示数F为横坐标，以小车加速度a为纵坐标，画出的a—F图像可能正确的是。 A. B. C. D. 13.某实验小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 （1）把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动； （2）已知交变电源频率为50Hz，启动打点计时器，释放小车，小车在砝码桶的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图乙所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。小车的加速度大小为___； （3）实验时改变砝码桶内砝码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度，根据测得的多组数据画出关系图像，如图丙所示。此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是___（填标号）。 A.小车与平面轨道之间存在摩擦 B.平面轨道倾斜角度过大 C.所用小车的质量过大 D.所挂的砝码桶及桶内砝码的总质量过大 14.某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。如图甲所示为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细沙的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细沙和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。 (1)在实验过程中，________（选填“需要”或“不需要”）满足“滑块的质量远大于钩码的质量”这一条件。 (2)如图乙所示为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz。根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度大小为________m/s，小车的加速度大小为________。（结果均保留2位有效数字） (3)保持小车的质量不变，改变槽码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如右图所示。该图线不通过原点，其主要原因是________。 15.某同学用气垫导轨做探究加速度与合外力关系的实验。装置如图甲所示，轻绳绕过定滑轮和动滑轮连接滑块！弹簧测力计，动滑轮下吊着装有遮光片的重物。滑块的质量为M。 (1)先调节气垫导轨水平，轻绳不连接滑块，开通气源，将滑块放在气垫导轨上任一位置，滑块均处于_________状态，则气垫导轨水平；用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示，则遮光片的宽度_________mm。 (2)安装好装置，调节定滑轮的高度，使连接滑轮的轻绳与气垫导轨平行，调节弹簧测力计的位置，使动滑轮两边的轻绳竖直，由静止释放滑块，记录遮光片分别通过光电门1、2时的遮光时间，测出两光电门间的高度差h，则重物运动的加速度a=_________（用d、、h表示）。 (3)多次改变悬挂在重物下钩码的质量，重复实验，记录每次实验中弹簧测力计的示数F，遮光片通过光电门1、2时的遮光时间,求出每次实验中重物运动的加速度a，作图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线，且图像的斜率大小等于_________（用含相关字母的代数式表示），则表示质量一定时，加速度与合外力成正比。 答案以及解析 基础巩固 1.答案：C 解析：AB.缓慢降低滑轮高度使细绳与长木板平行（由实线移至虚线位置）的过程中，细绳上的拉力大小始终等于重物的重力mg，但由于细绳拉小车力的方向改变，所以小车受细绳的拉力大小不变，方向改变，故AB错误； CD.设两细绳间的夹角为θ，滑轮受细绳的作用力大小为 由于θ增大，则减小，故滑轮受细绳的作用力变小，故C正确，D错误。 故选C。 2.答案：D 解析：A.电火花打点计时器选用220V交流电源，故A错误； B.平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故B错误； C.实验中，应先接通打点计时器，再释放小车，故C错误； D.由于平衡摩擦力之后有 故所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量后，不需要重新平衡摩擦力，故D正确。 故选D。 3.答案：A 解析：A.调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持平行，选项A正确； B.不挂砂桶，使长木板适当倾斜进行平衡摩擦力，选项B错误； C.实验时，先接通打点计时器的电源，再释放滑块，选项C错误； D.改变滑块的质量后，不需要重新调节长木板倾斜度，即不需要重新平衡摩擦力，选项D错误。 故选A。 4.答案：C 解析：平衡摩擦力时，使得重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，所以应将木板的B端适当垫高，不悬挂砝码，轻推小车，使小车拖着纸带能够做匀速直线运动，摩擦力得到平衡。故选C。 5.答案：B 解析：以整体为研究对象，根据牛顿第二定律有：，解得：，以M为研究对象，得绳子的拉力为：，显然要有，必有，即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.故选B. 拔高提升 6.答案：（1）偏小（2）小于；远大于（3）0.50 解析：（1）根据题中图像可知，小车受到一定大小的拉力时，小车的加速度才为0，由此可知，小车受到的摩擦力未被完全平衡，木板与水平桌面间的倾角偏小。 （2）平衡摩擦力后进行实验时，小车与砝码均做匀加速直线运动，砝码和砝码盘整体处于失重状态，因此细线上的拉力小于砝码和砝码盘受到的总重力，为减小误差，应使小车的质量M远大于砝码和砝码盘的总质量m。 （3）在相邻的两个计数点之间有四个计时点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为 根据逐差法，可知小车的加速度大小 7.答案：（1）不挂；匀速直线；平衡摩擦力 （2）0.314；1.14 （3）偏大 解析：（1）本实验探究加速度与力，质量的关系，需要平衡摩擦力，即实验时先不挂钩码，后反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡摩擦力。 （2）根据题意可知，相邻两个计数点间的时间间隔为 所以计数点3的速度大小为 小车的加速度大小为 （3）如果实验过程中所用电源的频率小于50Hz，则打点周期变大，加速度的测量值比实际值偏大。 8.答案：（1）均匀分布（2）先接通电源后释放小车（3）T 解析：（1）本实验首先要平衡摩擦力，即不挂矿泉水瓶时推动小车，小车做匀速直线运动，纸带上的点迹均匀分布； （2）先接通打点计时器所接电源，让打点计时器工作稳定后，再释放小车； （3）本实验的目的是探究合力一定时物体的加速度与质量的关系，要保证小车受到的合力相等即拉力传感器的示数均为T。 9.答案：（1）A（2）B（3）B 解析：（1）安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是平衡摩擦力。 故选A。 （2）实验时，应先接通电源再释放小车。 故选B。 （3）研究小车加速度与质量的关系时，应控制砝码和砝码盘总质量不变。 故选B。 10.答案：（1）C（2）（3）0.41（4）3.14 解析：（1）A.为了保证细线拉力恒定不变，拉小车的细线要与木板平行，故A错误； B.补偿外界对小车的阻力时，不需砝码和小桶，但小车后面必须与纸带相连，因为运动过程中纸带受到阻力，且需要根据纸带上的点来判断补偿外界对小车的阻力的效果，故B错误； C.由于本实验是研究加速度与力的关系，则只需要保证小车的质量不变，不需要测量小车和传感器的质量，故C正确； D.由于该实验中已使用力传感器测出绳子拉力的大小，不需要将沙桶和沙从重力作为小车的拉力，因此不需要满足沙桶和沙的质量必须远小于小车和传感器的质量，故D错误。 故选C。 （2）小车做匀速直线运动，此时力传感器的读数为，故小车受到的阻力大小为 力传感器的读数为时，根据牛顿第二定律有 （3）相邻两计数点间还有1个点未画出，故两计数点间的时间间隔为 B点的速度为 根据逐差法求加速度可得 思维拓展 11.答案：（1）0.36；0.40（2）B（3）平衡摩擦力不够或者没有平衡摩擦力 解析：（1）打计数点“1”时小车速度为 小车的加速度大小为 （2）A.实验时，应先接通电源，后放开小车，故A错误； B.平衡摩擦力是为了平衡斜面对小车的摩擦和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，故B正确； C.平衡摩擦力后，改变小车质量多次实验，不需要重新平衡摩擦力，所以长木板与水平桌面间的角度不需要调整，故C错误； D.对小车的拉力数值上等于弹簧测力计的读数，因此不需要小车质量远大于砂和砂桶的质量，故D错误。 故选B。 （3）题图说明弹簧测力计的示数较小时，小车的加速度仍是0，其原因是平衡摩擦力不够或者没有平衡摩擦力。 12.答案：(1)D(2)1.48(3)A 解析：（1）AB.有拉力传感器测小车受到的拉力，不需要用天平测出沙和沙桶的总质量，也不用保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量，AB错误；C.电磁打点计时器并不比电火花计时器误差小，C错误；D.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数，D正确。故选D。 （2）电源的频率为50Hz，相邻计数点间有四个点未标出，则相邻计数点时间间隔为 根据逐差法 （3）因长木板置于水平桌面，未平衡摩擦力，则有一定的拉力时才会产生加速度，而本实验通过拉力传感器测力，则图像是一条直线。故选A。 13.答案：0.88；D 解析:（1）图中相邻两点间有4个点未画出，交变电源频率为50Hz，则可知相邻两计数点之间的时间为 根据逐差法可知小车的加速度大小为 （2）D.当所挂的砝码桶内及桶内砖码的总质量太大时，则有木块所受的合外力 造成此现象的主要原因可能是当有砝码桶内及桶内砖码的总质量接近木块及木块上砝码的总质量时，木块受到的合外力小于砖码桶及桶内砖码的总重力，木块的加速度就不成线性增大，实验误差增大，则有图像的AB段明显偏离直线，故D正确； ABC.由以上分析可知，当小车与平面轨道之间存在摩擦，平面轨道倾斜角度过大，所用小车的质量过大，都不会影响关系图，AB段明显偏离直线，故ABC错误。 故选D。 14.答案：(1)需要(2)1.6;3.2(3)未能完全平衡摩擦力 解析：（1）由于把钩码的重力当作小车受到的合外力，故需要满足滑块的质量远大于钩码的质量； （2）根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故有 根据逐差法求加速度可得 （3）图线有横截距，说明小车受到一定外力时，加速度依然为0，显然是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。 15.答案：(1)静止;1.65 (2) (3) 解析：（1）将滑块放在气垫导轨上任一位置，均处于静止状态，则气垫导轨水平；遮光片宽度。 （2）由运动学公式有 解得 （3）当重物的加速度为a时，滑块的加速度为，则，作图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线，且图像的斜率大小等于，则表示质量一定时，加速度与合外力成正比。 学科网（北京）股份有限公司 $