4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 同步作业中等版-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（同步作业中等版） 一、实验题 1．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)为了实验更准确，要求砝码和砝码盘的总质量应该（　　） A．远小于小车质量 B．两者质量接近 2．某实验小组利用如图所示的装置探究物体的加速度与力的关系，调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上小桶，带动小车运动并打出纸带。 （1）实验中打出的其中一条纸带如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔是0.10s，由此可以算出小车运动的加速度是_________m/s2。（结果保留3位有效数字） （2）利用测得的数据，可得到小车质量M一定时，小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像如图丙所示（，m为砂和小桶的总质量，g为重力加速度）。 拉力F较大时，图线明显弯曲，产生误差。若不断增加小桶中砂的质量，图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为_________（用题中出现的物理量符号表示）。为了减少上述误差，可采取的有效措施是_________。 A．测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器 B．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替砂和小桶的重力 3．某物理兴趣小组用控制变量法“探究加速度与合外力、物体质量的关系”。在研究加速度与质量的关系时设计了如图甲所示实验，两辆小车放在光滑水平板上，前端各系一根细绳，绳的另一端跨过光滑定滑轮各挂一个相同小盘，盘中放有相同的重物（小盘和重物的质量远小于小车的质量），两小车后端各系一根细线，将两小车放置在同一起点，用黑板擦压住细线，释放黑板擦，两小车同时出发，运动一段时间后，再用黑板擦压下细线让两小车同时停止运动。 (1)实验中某同学测出两小车运动的位移分别为x1、x2，小盘和重物的质量与小车、小盘和重物的总质量的比值分别为k1、k2，则k1∶k2=____________。 (2)小组同学只用一辆小车研究加速度与外力之间的关系，得到数据并绘制出了相应的图像如图乙所示，取重力加速度为g，小车质量为M，图中斜率k=_________，截距b=___________。 4．某同学设计了如图所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系．将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F0．再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F1．释放小车，记录小车运动时传感器的示数F2． （1）接通频率为50 Hz的交流电源，释放小车，打出如图所示的纸带．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度a=________m/s2．（保留两位有效数字） （2）同一次实验中，F1________F2（选填“<”、“=”或“>”） （3）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系如图．不计纸带与计时器间的摩擦。图像中F是实验中测得的_______________． A．F1 B．F2 C．F1–F0 D．F2–F0 5．在“研究加速度与作用力的关系”的实验中，应保持_____不变；在“研究加速度与质量的关系”的实验中，应保持_____不变。这是运用_____的科学方法， 6．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图（1）所示的装置，计时器打点频率为50Hz． （1）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图（b）所示，自A点起，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车的速度为______m/s，小车的加速度为______m/s2． （2）该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持______不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持______不变． （3）该同学通过数据的处理作出了a-F图象，如图（c）所示，则 ①图中的直线不过原点的原因是____________________． ②此图中直线发生弯曲的原因是__________________． 7．如下图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。      （1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持______不变，用钩码所受的重力作为______，用DIS测小车的加速度。 （2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出a—F关系图线（如下图所示）。 ①此图线的OA段的斜率表示______； ②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______； A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 8．在“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验中，实验装置如图甲所示，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz。 （1）下列说法正确的是______。 A．需要用天平测出砂和砂桶的总质量 B．定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行 C．挂上砂桶，调节长木板的倾角，以平衡摩擦力 D．小车先从靠近打点计时器处释放，后接通电源 （2）实验中得到的一条纸带如图乙所示，为计数点，测得 ， ， ， ， ， 。根据纸带数据，求出1计数点的瞬时速度_______m/s,   小车的加速度______m/s2。（结果都保留两位有效数字） （3）在实验过程中小车的加速度______（选填“大于”“等于”或“小于”）砂和砂桶的加速度。 （4）以弹簧测力计的读数为横坐标，通过纸带计算出的加速度为纵坐标，画出的图象如图丙所示，则小车的质量为______kg。 9．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，图1是某同学安装完毕的实验装置： （1）为简化实验，认为小车受到的合力等于沙和桶的重量．测量前必须对图1的装置进行的调节是___________．（写出一条即可） （2）为探究小车加速度与力的关系，应保持________不变（选填“小车的质量”或“沙和桶的总质量”） （3）图2是在正确调节、操作后获得的一条纸带，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个点没有标出．已知打点计时器使用交流电的率为50Hz，根据纸带的数据，可求得小车加速度的值为______m/s2．（结果保留两位有效数字） 10．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，某实验小组利用如图所示的实验装置，将一端带滑轮的长木板固定在水平桌面上，木块置于长木板上，并用细绳跨过定滑轮与砂桶相连，小车左端连一条纸带，通过打点计时器记录其运动情况． (1)下列做法正确的是( ) A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将砂桶通过定滑轮拴在木块上 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)某学生在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大．他所得到的a－F关系可用图中的________表示(图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)． （3）右图是打出纸带的一段，相邻计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电频率50 Hz．由图可知，打纸带上B点时小车的瞬时速度vB＝________m/s，木块的加速度a＝________m/s2．(结果保留两位有效数字) 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．(1)A (2)B (3)A 【详解】（1）安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是构建斜面，平衡摩擦力。 故选A。 （2）为了避免纸带上出现大量的空白段落，实验时，应先接通电源再释放小车。 故选B。 （3）平衡摩擦力后，对小车进行分析有 对砝码与盘整体进行分析，根据牛顿第二定律有 解得 当有 可以近似认为 可知，为了实验更准确，要求砝码和砝码盘的总质量应该远小于小车质量。 故选A。 2． 1.46 g B 【详解】(1)[1] 小车运动的加速度 (2)[2]若不断增加小桶中砂的质量，图像中各点连成的曲线将不断延伸，当重物质量无限大时，重物将近似自由落体运动，所以加速度a的趋向值为g。 [3]通过加入力的传感器，将小车受到的实际拉力计算出来，可以避免用重物的重力代替绳拉力带来的误差。 故选B。 3．(1) (2) 【详解】（1）设小车的质量为M，小盘和重物的总质量m，小车的加速度大小a，根据牛顿第二定律有 整理得 根据运动学公式 可知 （2）[1][2]根据牛顿第二定律有 其中 整理可得 由图像可知， 4． 0.16 > D 【详解】(1)[1]从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔 T=0.1s 根据匀变速直线运动的推论公式 Δx=aT2 结合逐差法，求出加速度的大小为 (2)[2]对小桶受力分析，设小桶重力为mg，木板释放前力传感器的示数F1，所以 F1=mg 设小车的重力为Mg，小车在加速运动时力传感器的示数F2，根据牛顿第二定律得 mg-F2=ma 所以 F1＞F2 (3)[3]图像是过原点的一条倾斜的直线，已经平衡摩擦力（由题意可推知为F0），所以F应该表示小车受到的合力即 F=F2-F0 故D正确，ABC错误。 5． 小车质量 细线拉力 控制变量 【详解】[1][2]由牛顿第二定律可知，在“研究加速度与作用力的关系”的实验中，应保持小车质量不变；在“研究加速度与质量的关系”的实验中，应保持细线拉力不变。 [3]这是运用控制变量法的科学方法。 6． 0.85 5 拉力F恒定 小车质量M恒定 平衡摩擦力过度 不满足m<<M 【分析】本题考查验证牛顿第二定律实验的原理和误差分析，其中涉及打点计时器求瞬时速度和加速度的问题。 【详解】（1）[1]E点的瞬时速度 [2]利用逐差法选取AE段纸带求小车加速度 （2）[3]由 可知，若探究加速度a和质量M的关系，应保持拉力F恒定。 [4] 由 可知，若探究加速度a和拉力F的关系，应保持小车质量M恒定。 （3）[5]由图可知当拉力为零时小车仍有加速度，则此时平衡摩擦力过度。 [6]实验中由于把绳子拉力当作小车受到的合力，此时必有m<<M，随着m的增大小车的加速度会逐渐减小，则图像斜率逐渐减小，故图像弯曲的原因是不满足m<<M。 7． 小车的总质量 小车所受外力的合力 小车的质量的倒数 C 【详解】（1）[1]实验目的是研究加速度和力的关系，因此需要保持研究对象，即小车的总质量不变； [2]为了求出小车所受外力的合力，实验中需要用钩码所受重力作为小车所受外力的合力。 （2）①[3]根据 解得 可知，此图线的OA段的斜率表示小车的质量的倒数； ②[4]图像经过原点，表明已经平衡摩擦力，对钩码与小车整体有 对小车有 解得 可知，细绳的拉力，即小车所受外力的合力实际上小于钩码的重力，只有当钩码质量远远小于小车质量时，两者才近似相等，即图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大。 故选C。 8． B 0.36 1.6 小于 0.2 【详解】(1)[1]A．根据实验装置，小车所受的合外力由弹簧秤测出，不必测沙和桶的质量，故A错误； B．轻绳与木板要平行，不是与桌面平行，以保证绳子的拉力等于小车所受合力，故B正确； C．平衡摩擦力时不能挂小桶，故C错误； D．使用打点计时器时要先接通电源，后释放小车，故D错误。 故选B。 (2)[2]打1计数点的瞬时速度 [3]根据 解得 (3)[4]由于沙和桶的位移是小车的2倍，则小车的加速度小于砂和砂桶的加速度； (4)[5]对小车根据牛顿第二定律有 即 结合图象的斜率 所以 9． 调整滑轮的高度，使拉小车的细线与斜面平行或平衡摩擦力 小车的质量 2.0 【详解】（1）木板水平放置，该实验前没有平衡摩擦力，应该加垫块以平衡摩擦力；调节定滑轮的高度使拉小车的细线与斜面平行； （2）根据F=ma可知，根据控制变量法可知，为探究小车加速度与力的关系，应保持小车的质量不变； （3）因T=0.1s，根据△x=aT2可知 10． AD C 0.15 0.60 【详解】（1）[1]A.该实验“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”，所以每次物体受力为恒力，所以细绳应与轨道平行，A正确 B.平衡摩擦力时，使小车在没有重物牵引下沿导轨匀速运动，B错误 C.打点计时器在使用时，应该先接通电源，后释放小车，C错误 D.平衡摩擦力完成后，满足的是 所以改变小车质量时，无需再次平衡摩擦，D正确 （2）[2] 平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，这时在没有悬挂重物时，小车就已经获得一个加速度，所以图像有纵轴截距，选C （3）[3]根据匀变速直线运动的规律可得 [4]根据匀变速直线运动的规律可得 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $