5.2科学探究：加速度与力、质量的关系 同步课时作业 -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 1.在如图所示的“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中错误的是( ) A.应尽量保证小车的总质量远小于砝码和砝码盘的总质量 B.应将木板右端适当垫高以平衡摩擦力 C.应保证牵引小车的细线与木板平行 D.应采用控制变量法分别研究加速度与质量及加速度与力的关系 2.如图所示，在探究加速度和力、质量关系的实验中，若1、2两个小车所受拉力分别为、，车和车中的砝码总质量分别为、，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为、，关于实验操作，在实验误差允许范围内的结论，下面说法正确的是( ) A.两具小车必须从静止开始运动，但运动时间可以不同 B.两个小车不必从静止开始运动，但运动时间必须不同 C.按题干叙述方式操作，当、时， D.按题干叙述方式操作，当、时， 3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于没有始终满足（m为砝码盘及砝码的质量）的条件，结果得到的图像应是下列图中的( ) A. B. C. D. 4.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4-6V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 5.小明同学想利用图示装置验证“物体质量一定时，其加速度与所受的合力成正比”这一结论。她先将6个相同的钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车在木板上恰能匀速下滑。现从小车中依次取n=1，2，3，4，5，6个钩码挂在细线右端，其余钩码仍留在小车内，并正确完成了后续的实验操作。设小车运动的加速度大小为a，不计滑轮轮轴的摩擦。下列说法正确的是( ) A.该实验中细线对小车的拉力等于所悬挂钩码的总重力 B.利用该方案无法验证“物体质量一定时，其加速度与所受的合力成正比”这一结论 C.该同学根据实验数据描绘的加速度a随n的变化图像应当是一条过原点的直线 D.若实验中保持木板水平，则该同学描绘的加速度a随n变化的图像不是直线 6.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了能直观判断加速度a与质量m之间的关系，实验中应当( ) A.改变合外力大小，根据实验数据作出图像 B.改变合外力大小，根据实验数据作出图像 C.保持合外力大小不变，根据实验数据作出图像 D.保持合外力大小不变，根据实验数据作出图像 7.如图甲为用DIS（拉力传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系的实验装置，图乙为根据测得的多组数据画出的关系图线。对于该实验下列说法正确的是( ) A.小车受到的拉力等于钩码的重力 B.钩码的质量必须远小于小车的质量 C.该实验必须保持钩码的质量不变 D.乙图中直线未过原点的原因是补偿阻力时轨道右端垫得过高 8.用图示气垫导轨装置探究滑块（含挡光片）的加速度a与其质量M的关系，所有操作为正确。某次实验中滑块的质量为M时，测得它的加速度为；滑块质量变为时，测得它得加速度为，则( ) A. B. C. D. 9.轿车设计师在关注轿车加速性能的同时，提出了“加速度的变化率”的概念，用这一新的概念来描述轿车加速度随时间变化的快慢，轿车的“加速度变化率”越小，乘坐轿车的人感觉越舒适。如图是一辆轿车在水平公路上行驶时加速度随时间变化的关系图像，取时速度方向为正方向，则关于“加速度变化率”以及轿车的运动，下列说法正确的是( ) A.在0~4 s内，轿车的速度减少了8 m/s B.在0~4 s内，轿车做匀减速直线运动 C.依据运动学定义方法，“加速度的变化率”的单位是 D.若轿车在时速度为1 m/s，则轿车在第7 s末的速度大小为10 m/s 10.在探究加速度与力的关系的实验中，倾斜导轨上放有小车（已经平衡了摩擦力），若用沿导轨方向的力F作用在小车上，小车以大小为a的加速度运动。现改为通过平行导轨的细线挂着一个重量等于F的钩码牵引小车，如图所示。则小车运动的加速度( ) A.大于a B.小于a C.等于a D.上述三和情况都可能 11.做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： （ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； （ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a； （ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。 ①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小__________（保留两位有效数字）； ②需要满足条件的方案是________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作图象时，把作为F值的是________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。 12.某兴趣小组在探究加速度与力、质量的关系实验中，将一端带定滑轮的长木板放在水平实验桌面上，滑块的右端通过轻细绳跨过定滑轮与砝码盘相连，滑块的左端与穿过打点计时器（未画出）的纸带相连，如图甲所示。已知重力加速度为g，打点计时器的工作频率为50 Hz。 （1）甲同学在平衡摩擦力后，在保持滑块质量不变的情况下，放开砝码盘，滑块加速运动，处理纸带得到滑块运动的加速度为a；改变砝码盘中砝码的质量，重复实验多次。根据实验数据作出了如图乙所示的图象，其中图线末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能是________。 （2）乙同学实验过程中打出的一条理想纸带如图丙所示，图中O、A、B、C、D为相邻的计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，则在打C点时滑块的速度大小________m/s，滑块运动的加速度________。（结果保留三位有效数字）。 （3）丙同学保持滑块质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他在轨道水平时做的实验，得到了如图丁所示图线，则滑块与木板的动摩擦因数________。（结果用字母表示） 13.某同学设计如图甲所示实验装置探究质量一定，加速度和力的关系。将一端带有定滑轮的长木板放在水平实验桌面上，长木板左端固定的位移传感器，可以测得滑块的位移，通过电脑将数据转换成滑块的位移—时间图线。滑块通过细绳跨过定滑轮与力传感器相连，力传感器可直接测出细线中拉力大小，传感器下方悬挂钩码。 （1）下列说法正确的是_______。 A.细线必须与长木板平行 B.细线的拉力就是滑块受到的合外力 C.滑块的质量必须远大于钩码的质量 （2）某次实验得到滑块的位移-时间图像如图乙所示，则滑块的加速度大小为_______（结果保留两位有效数字）； （3）该同学在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条图线，如图丙所示，取重力加速度，则滑块的质量为_______kg，滑块与长木板之间的动摩擦因数_______。结果均保留两位有效数字） 14.用如图所示的装置做实验。如小车静止时，小车上挡光板与光电门的距离为x，挡光板宽度为，小车由静止释放后挡光板通过光电门的时间为。 （1）试推导加速度表达式(用上述物理量表示)。 （2）保持小车的质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示。 F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.10 0.21 0.29 0.40 ①根据表中的数据在图中画出图线。 ②把图线延长，看看图线是否通过原点?如果不通过原点，试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤。 ③这条图线在F轴上的截距有什么物理意义? 15.（1）某实验小组利用气垫导轨、光电门和力传感器（能显示传感器上方绳子的拉力）等器材“探究加速度与物体所受合外力的关系”并同时测量物体的质量，装置如图1所示。实验时滑块每次从气垫导轨上的同一位置释放。先测出遮光片的宽度d，由刻度尺读出滑块释放点到光电门的距离L。 （1）下列实验操作中没有必要的是________（填正确选项前的符号）。 A.调节气垫导轨水平 B.调节滑轮使细线与轨道平行 C.悬挂钩码的质量必须远小于滑块质量 D.记录每次实验力传感器的示数F及遮光片通过光电门的时间t （2）改变钩码个数，多次实验，得到多组值，作出图线是一条如图2所示的倾斜直线，则滑块质量一定时，滑块的加速度与其所受合外力成正比得以验证。若测出图线的斜率为k，则滑块的质量________（用所测得的物理量符号表示）。 答案以及解析 1.答案：A 解析：实验中应保证砝码质量远小于小车质量，此时细线拉力近似等于砝码重力，故A错误；实验需要将木板右端适当垫高平衡摩擦力，故B正确；实验应保证细线拉力为小车所受合力，故小车的细线与木板平行，C正确；本实验应采用控制变量法分别研究加速度与质量及加速度与力的关系，故D正确；此题选择错误的选项，故选A. 2.答案：D 解析：AB.探究加速度和力、质量关系的实验中，实验必须要控制不变量或其它物理量必须是一样的，因此要用比较两小车加速度的关系时，两小车必须从静止开始运动，且运动时间相同，AB错误； CD.当、时，由得，，由，得 当、时，由得，，由，得 即，C错误，D正确。 故选D。 3.答案：D 解析：本实验中小车的加速度 ， 在研究加速度与质量的关系时，保持m不变，由上式可知加速度a与系统的质量成反比.如果横轴表示，则图像应是过坐标原点的直线，现将变形得 由此式可知，前面的系数和有关，在改变时会发生变化，它并不是常数，因此a和不是正比关系，随着的增大，式中前面的系数会减小，因此图线偏离直线向下弯曲。但在时，，a正比，所以在M较大时（较小）图线近似为直线，故选D。 4.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，改变小车质量即改变拉小车拉力，不需要重新平衡摩擦力，故D正确。故选D。 5.答案：C 解析：A.设钩码向下的加速度大小为a，绳子拉力大小为T，则由牛顿第二定律得：显然T小于钩码总重力，故A错误；BC.设每个钩码质量为m，小车质量为M，由牛顿第二定律，对于小车有：对钩码有：联立解得：可知图像为过原点的直线，并且验证了“物体质量一定时，其加速度与所受的合力成正比”这一结论，故B选项错误，C选项正确；D.若保持木板水平，不平衡摩擦力，则需要考虑摩擦力对实验的影响。设每个钩码质量为m，小车质量为M，当有n个钩码挂在右时，小车及钩码系统由牛顿第二定律有：求得：可判断图像为不过原点的直线，所以D选项错误：故选C。 6.答案：D 解析：为了探究加速度与质量的关系，应保持合外力大小F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作出图象，故选项D正确。 故选D。 7.答案：D 解析：A.钩码加速向下运动时处于失重状态，此时小车受到的拉力小于钩码的重力，选项A错误； B.由于有力传感器测量拉力，则不需要钩码的质量必须远小于小车的质量，选项B错误； C.实验中研究小车受的力和加速度的关系，则该实验必须保持小车的质量不变，选项C错误； D.乙图可知，当时加速度不为零，可知直线未过原点的原因是补偿阻力时轨道右端垫得过高，平衡摩擦力过头造成的，选项D正确。 故选D。 8.答案：D 解析：当滑块的质量为M时，设绳子拉力为，以滑块M为对象，根据牛顿第二定律可得 以重物m为对象，根据牛顿第二定律可得 联立解得 当滑块的质量为时，设绳子拉力为，以滑块为对象，根据牛顿第二定律可得 以重物m为对象，根据牛顿第二定律可得 联立解得 D正确，ABC错误； 故选D。 9.答案：D 解析：由，知在图像中，图线与时间轴所围图形的面积表示物体速度的变化量，则在0~4 s内，轿车的速度增加了，A错误；在0~4 s内，轿车的加速度在减小，但一直为正，则轿车做加速度减小的加速直线运动，B错误；加速度的变化率为的单位是，所以，“加速度的变化率”的单位应该是，C错误；在第7 s秒末，轿车的速度，D正确。 10.答案：B 解析：根据牛顿第二定律，有 钩码牵引小车时，对钩码和小车整体，由牛顿第二定律得 解得 故选B。 11.答案：0.18～0.19；甲；甲和乙 解析：①打点计时器打点周期 由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d点时小车的速度 ②在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得 则 则绳子对小车的拉力 当时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力。 故甲需要满足。 在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为θ，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f，则有 取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得 即 故乙方案中，不需要满足。 在甲乙方案中，均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速的直线运动的合力及F。 12.答案：（1）砝码质量增加，不再满足砝码质量远小于滑块质量的条件（砝码重力不等于滑块受到的拉力） （2）1.10；2.00 （3） 解析：（1）从图象上可以看出:F从0开始增加，砝码的质量远小于滑块的质量，不断往盘中加入砝码，则砝码的质量与滑块质量的差距不断减少。故原因是砝码质量增加，不再满足砝码质量远小于滑块质量的条件。 （2）相邻两计数点间还有4个点未画出，则两计数点间时间间隔为:，C点的瞬时速度等于BD之间的平均速度，即，由匀变速直线运动的推论:，可知小车的加速度:。 （3）对滑块根据牛顿第二定律，有，变形得，根据图像可得，即。 13.答案：（1）A（2）0.50（3）1.0；0.20 解析：（1）A.为了保证滑块做匀加速直线运动，细线必须与长木板平行。A正确； B.因为没有平衡摩擦力，所以细线拉力不等于合外力，B错误； C.因为有拉力传感器，所以不需要满足滑块的质量必须远大于钩码的质量，C错误。 故选A。 （2）滑块做初速度为零的匀加速直线运动，有 解得 （3）将轨道倾斜，有 解得 轨道水平，有 将、代入得 14.答案：（1）（2）①见解析②不通过；平衡摩擦力③小车受到的摩擦力 解析：（1）小车经过光电门时的速度大小为，由，求得加速度的表达式为 （2）①图像如图所示 ②把图线延长，图线不通过原点。当小车受到的拉力较小时，小车不运动，说明小车与桌面间存在摩擦力，操作过程中可能漏掉了平衡摩擦力。 ③设小车受到的摩擦力大小为f，对小车由牛顿第二定律有:，整理得: ，这条图线在F轴上的截距表示小车受到的摩擦力。 15.答案：（1）C（2） 解析：（1）AB.调节气垫导轨水平的同时调节滑轮使细线与轨道平行，保证滑块所受绳子的拉力即为滑块所受合外力，故AB正确； C.力传感器能直接显示作用在滑块上的力的大小，因此不需要悬挂钩码的质量远小于滑块质量，故C错误； D.记录每次实验力传感器的示数F及遮光片通过光电门的时间t是必须的步骤，此为实验数据的收集，以此研究加速度与物体所受合外力的关系，故D正确。 本题选没有必要的，故选C。 （2）由 ，， 联立可得 结合图像可得 解得 学科网（北京）股份有限公司 $