练案26 第4章 2.实验：探究加速度与力、质量的关系-【成才之路•练案】2025-2026学年高中物理必修第一册同步新课程学习指导(人教版)

练案[26] 第四章 2.实验：探究加速度与力、质量的关系 a= m/s2。(结果均保留两位有 基础巩固练 效数字) 1.用如图所示的装置 小车 纸带 打点计时器 D 可以完成“探究加 速度与力、质量的槽码 关系”的实验。 (1)打点计时器使用的电源是 (填选 项前的字母)。 (3)在验证“质量一定，加速 A.直流电源 B.交流电源 度a与合外力F的关系” (2)实验中，需要平衡阻力。正确操作方法是 时，某学生根据实验数据 (填选项前的字母)。 作出了如图所示的a-F 0 A.把长木板右端垫高 图像，其中图线不过原点并在末端发生弯 B.改变小车的质量 曲，产生这种现象的原因可能有 (3)在 (填选项前的字母)且计时器 打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置 着纸带做匀速运动，表明已经平衡了阻力 如图甲所示。 的影响。 小车打点计时器 A.不悬挂槽码 B.悬挂槽码 (4)实验中，为了保证悬挂槽码所受重力近似等 砝码 A 于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的 砝码盘 总质量m与小车（含钩码）质量M之间应满 甲 足的条件是 （填选项前字母)。 。。。 。。。。 A.M≥m B.m>M 3.52 3.68 3.84 (单位：cm) 2.(2025·甘肃省会宁县高一期末)某同学用如 乙 图所示的实验装置验证牛顿第二定律。 (1)在平衡阻力的过程中，打出了一条纸带如 小车和钩码打点计时器 图乙所示。打点计时器打点的时间间隔 定滑轮 细线 凸凸 为0.02s,从比较清晰的点起，每5个点取 纸带 一个计数点，测量并标出相邻计数点之间 的距离。该小车的加速度a= 盘和重物 m/s2。 (2)平衡阻力后，将5个相同的砝码都放在小 (1)为了验证加速度与合外力成正比，实验中 车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取 必须做到 一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加 A.实验前要平衡阻力 速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码 B.每次都必须从相同位置释放小车 总重力F的实验数据如下表： C.拉小车的细绳必须保持与轨道平行 D.拉力改变后必须重新平衡阻力 砝码盘中砝码 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 (2)如图为某次实验中得到的一条纸带，从中 总重力F/N 确定五个计数点，量得d1=8.00cm,d2= 加速度 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 18.00cm,d3=30.00cm,d4=44.00cm。 a/(m·s-2) 每相邻两个计数点间还有4个点未画出。 请根据实验数据在图丙所示坐标系中作 交流电源的频率50Hz,则小车的加速度 出a-F的关系图像。 —229 a/(m.s-2) 得图线的斜率为k,则小车的质量为 3.0 2.5 2.0 A B.tan 0 1.5 tan 0 1.0 0.5 o出 0.20.40.60.81.01.2F 5.某实验小组利用如图所示的装置来探究合力 丙 一定时，物体的加速度与质量之间的关系。实 (3)根据提供的实验数据作出的α-F图线不 验步骤如下： 通过原点，主要原因是 遮光条 光电门2 光电门1 4.为了探究物体质量一定时加速度与力的关系， 滑块 甲同学设计了如图所示的实验装置。其中M 连气源 为小车的质量，m。为沙和沙桶的总质量。一轻 调节旋钮 钩码 绳跨过轻质的定滑轮和动滑轮一端连接沙桶， 刻度尺 另一端连接拉力传感器，拉力传感器可测出轻 绳中的拉力大小。实验过程中，每次在释放小 车后，读出拉力传感器的示数并记为F。 (1)测出滑块的质量M(包括遮光条)，接通气 源，挂上钩码，调节气垫导轨的倾角，轻推 力传感器 纸带 打点计时器 滑块后，使滑块能沿气垫导轨向下做匀速 运动。 (2)取下轻绳和钩码，保持(1)中调节好的气 (1)实验过程中，下列操作正确的是 垫导轨倾角不变，让滑块从气垫导轨顶端 A.调整长木板左端的定滑轮，使得细线与 由静止下滑，由数字计时器（图中未画出） 长木板平行 可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别 B.在不挂沙桶的前提下，将带滑轮的长木 为△1、△2；用刻度尺测得两个光电门中心 板右端垫高，以平衡阻力 之间的距离x,用特殊工具测得遮光条宽 C.小车靠近打点计时器，先释放小车，再 度d。则滑块加速度的表达式a= 接通电源 (用已知物理量字母表示)。 D.为减小误差，实验中要保证沙和沙桶的 (3)为了保持滑块所受的合力不变，可保持钩 总质量m远小于小车的质量M 码的重力大小不变，改变滑块质量M,接 (2)甲同学在实验中得到如图所示的一条纸 通气源，挂上钩码，调节气垫导轨的倾角， 带（两计数点间还有四个点没有画出），已 轻推滑块后，使滑块能沿气垫导轨向下做 知打点计时器采用的是频率为50Hz的交 (选填“匀速”或“匀加速”)运 流电，根据纸带可求出小车的加速度为 /s2(结果保留两位有效数字)。 动，同步骤(2)可测出滑块的加速度。 单位：cm (4)通过测量出的多组质量M和对应的加速 193.095.127.10 9.3 11.09 度a,为了验证牛顿第二定律，应以加速度 4 (3)甲同学以力传感器的示 的倒数1为纵坐标，以 选填 数F为横坐标，加速度a 为纵坐标，画出的a-F “M”或“7)为横坐标，作出的图线是一 图像是一条直线，图线 条过原，点的直线。 与横坐标的夹角为0，求 230的运动状态容易改变，即速度增加快，而且水和容器一起运 ta/(m.s-) 动，所以列车启动时，铁球相对于容器向左运动，故A错误， 3.0 B正确；列车由静止向右启动，乒乓球和水都有向右运动的 2.5 趋势。但是，由于与同体积的“水球”相比，乒乓球质量小、惯 2.0 性小，乒乓球的运动状态容易改变，即速度增加的快，而同体 1.5 积的“水球”的运动状态相对更难以改变，即速度增加慢，而 1.0 且水和容器一起运动，所以列车启动时，乒乓球相对于容器 0.5 向右运动，故C错误，D正确。 o田 0.20.40.60.81.01.2FN 练案[26] (3)平衡阻力后，a-F图像仍不通过原点，是由于在计算F时 忘记加入砝码盘的重力，使作出的图像向左平移。 1.(1)B(2)A(3)A(4)A 4.(1)AB(2)2.0(3)C 解析：(1)打点计时器需要交流电源，故选B。 解析：(1)实验时，为保证小车所受的合外力恒定，应该让细线 (2)平衡阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力沿 与轨道平行，A正确；实验时需将长木板右端垫高，以平衡阻 木板的分力来平衡阻力，故选A。 力，B正确；实验时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再 (3)不悬挂槽码，轻推一下小车，若小车施着纸带做匀速运动， 表明已经平衡了阻力的影响。 释放小车，C错误；实验过程中是在释放小车后再读出拉力传 感器的读数，故拉力传感器的示数是小车所受拉力的一半，不 (4)为了保证悬挂槽码所受重力近似等于使小车做匀加速运 需要使小桶（包括沙）的质量远小于车的总质量，D错误。 动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车（含钩码）质量M之间 应满足的条件是Mm。 (2)依复意，相邻计数点间的时间间隔为T=5×09=01: 2.(1)AC(2)2.0 根据△r=a7P (3)存在纵截距，说明木板斜角过大，平衡阻力过度、图线弯曲 说明重物的质量不再远远小于小车质量，即mM不成立 运用逐差法得a=“≈2.0m/6。 972 解析：(1)为了验证加速度与合外力成正比，必须使小车所受 (3)由牛顿第二定律得2F=Ma 合外力近似等于细线的拉力，这就要求实验前要平衡阻力，并 则a=2 且拉小车的细绳必须保持与轨道平行，故A、C正确：每次小 M 车应从靠近打点计时器的位置释放，但每次释放位置没必要 a-F图像的斜率k= M 完全相同，故B错误；设平衡阻力时木板抬高的倾角为6，在 沿木板方向根据平衡条件有Mgsin0=uMgcos0,解得u=tan 则小车的质量M=名。 0,所以木板抬高的倾角0与所受拉力无关，每次改变拉力时， 不需要重新平衡阻力，故D错误。 ( 5.(2) (3)匀速(4)M (2)根据连续相等的时间间隔内位移差等于一个恒量，即 2x △x=aT 解析：(2)因为可以认为通过光电门的平均速度即为滑块的瞬 可得a=CE_4B_(d,-山)-4 (2T)2 时速度，所以4=心 小，=，根据匀变速直线运动的规律有 (2T)2 △t, 44.00-18.00-18.00×10-2/s2=2.0m/s2。 (-(品 (2×0.1)1 22-12=2ax,解得a 2x (3)①图像不过原点，存在纵截距，说明当F为零时小车就具 (3)因为阻力可以不计，所以要保证滑块受到的合力不变，则 有了加速度，可能是由于平衡阻力过度（或长木板倾角过大）。 必须使滑块能沿气垫导轨向下做速运动。 ②本实验中用所悬挂盘和重物的总重力mg来作为小车所受 的合外力F,实验要求m《M,若m变大到不再满足m《M时， (4)报据牛顿第二定律有P=h,所以。=方M,以加速度的 则细线拉力将小于mg从而使图像弯曲，随着F(即mg)的增 倒数】为纵坐标，M为横坐标，作出的图线是一条过原点的 大，m将逐渐不满足m《M,使得a-F图像的斜率开始偏离 a 女，逐涨交为十m追成斜率减小，从而传图像向下弯击。 1 直线。 3.(1)0.16(2)见解析图 练案[27] (3)计算F时忘记加入砝码盘的重力 :1.BC公式F=ma中，各量的单位要取国际单位制；某一瞬间 解析：(1)由题意可知计数点间的时间间隔T=5T。=0.1s 的加速度正比于这一瞬间物体所受的合外力：根据力的独立 由题图乙可知△x=(3.84-3.52)cm=3.2×10m,由△x= 作用原理，作用于物体上的每一个力都会产生一个加速度，所 2aP可得a=0.16m/s2。 以物体的加速度实际上是每一个加速度的矢量和；物体的运 (2)a-F图像如图所示。 动方向与它所受合外力的方向无关。 304