人教版高中物理必修一 第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 能力提升练习(Word版含答案).docx

人教版高中物理必修一 第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 能力 一、实验题（共6小题；共48分）1. 在探究加速度与力、质量的关系”的实验中，总结了多种研究问题的科学方法：（1）实验环境的等效法：  ；（2）实验条件设计的科学方法：  ；（3）实验原理的简化：  ，即当小车质量 M车m沙 时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力 m沙g 的大小；（4）实验数据处理的科学方法：  ；（5）由 aM车 图象转化为 a1M车 图象，所用的科学方法：  。（以上各题均选填“理想实验法图象法”平衡摩擦力法”“化曲为直法”控制变量法”“或“近似法”） 2. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细绳和抬起来控制，如图 1 所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。（1）请指出图 2 中错误之处：  。（2）调整好装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是 x1 和 x2，则两车的加速度之比为  。 3. 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。图甲为实验装置简图，A 为小车，B 为电火花计时器，C 为装有细砂的小桶，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 等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度 a 可用纸带上打出的点求得。（1）图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为 50Hz。根据纸带可求岀电火花计时器打 B 点时的速度为   m/s，小车的加速度大小为   m/s2。（结果均保留两位有效数字）（2）在“探究加速度 a 与质量 m 的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象（如图丙所示）。请继续帮助该同学作出坐标系中的图。（3）在“探究加速度 a 与合力 F 的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度 a 与合力 F 的图线如图丁，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。答：  。 4. 某同学设计了如图甲所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系，将装看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 50Hz 的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。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。（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 的关系如图丙。不计纸带与计时器间的摩擦。图象中 F 表示的是实验中测得的  。A. F1 B. F2 C. F1F0 D. F2F0（4）关于该实验，下列说法中正确的是  。A.小车和传感器的总质量应远大于小桶和砂的总质量B.实验中需要将长木板倾斜以平衡摩擦力C.实验中需要测出小车和传感器的总质量D.用加细砂的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，可更方便地获取多组实验数据。 5. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图 A 所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用 M 表示，盘及盘中砝码的质量用 m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出。（1）当 M 与 m 的大小关系满足   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。（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变车中砝码的质量，测出相应的加速度采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度 a 与质量 M 的关系，应该做 a 与   的图象。（3）如图 B 所示为甲同学根据测量数据作出的 aF 图象，说明实验存在的问题是  。（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的 aF 图象如图 C 所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同，它是  。 6. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用 M 表示，盘及盘中砝码的质量用 m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。（1）如图乙为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是 0.1s，距离如图，单位是 cm，小车的加速度是   m/s2。（结果保留两位小数）（2）以下措施正确的是  （填入相应的字母，多选少选均不得分）A.平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上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.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D.实验时，先放开小车，后接通电源（3）当 M 与 m 的关系满足  时，才可认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。（4）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度 a 与质量 M 的关系，应该做 a 与  的图象。（5）如图丙，甲同学根据测量数据做出的 aF 图线，说明实验存在的问题是  。答案第一部分1. （1） 平衡摩擦力法【解析】由于小车运动受到摩擦阻力，所以要平衡摩擦力，以减小实验误差，称为平衡摩擦力法；    （2） 控制变量法【解析】在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法；    （3） 近似法【解析】当小车质量 M车m沙 时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力 m沙g 的大小，称为近似法；    （4） 图象法【解析】通过图象研究实验的结果，称为图象法；    （5） 化曲为直法【解析】在作图时，由 aM车 图象转化为 a1M车 图象，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法。2. （1） 拉小车的细绳与水平板没有平行；小盘和重物的总质量 m 没有远小于小车的质量 M【解析】由题图可知，细绳的方向与水平板不平行，此时拉力沿水平方向的分力为小车受到的合外力，误差较大；小盘和重物的总质量 m 没有远小于小车的质量 M，则细绳对小车的拉力小于小盘和重物的总重力，误差较大。    （2） x1:x2【解析】两小车运动时间相同，根据运动学公式 x=12at2 可得：加速度之比为 a1:a2=x1:x2。3. （1） 1.6；3.2【解析】vB=xAC0.02×4=6.19+6.700.08×102=1.6m/s，从纸带上看出，相邻两点间位移之差为一恒量，x=0.51cm，根据 x=aT2 得，a=xT2=0.51×1020.042=3.2m/s2。    （2）     （3） 实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足【解析】图线不通过坐标原点，F 不为零时，加速度仍为零，知实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。故答案为：实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。4. （1） 0.16【解析】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 x=aT2 可以求出加速度的大小，得 a=0.03680.053520.01m/s2=0.16m/s2。    （2） >【解析】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：mgF2=ma，所以 F1>F2。    （3） D【解析】图象是过原点的一条倾斜的直线，已经平衡摩擦力，所以 F 应该表示小车受到的合力，即 F=F2F0，D正确。    （4） D【解析】在该实验中力传感器可以直接得出力的大小，不需要使小车和传感器的总质量应远大于小桶和砂的总质量，A错误；实验中不需要将长木板倾斜，因为已经测量了小车所受摩擦力的大小，B错误；实验中不需要测出小车和传感器的总质量，只需要保证小车和传感器的总质量不变，C错误；用加砂的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，可更方便地获取多组实验数据，D正确。5. （1） mM 【解析】以整体为研究对象有 mg=(m+M)a 解得：a=mgm+M，以 M 为研究对象有绳子的拉力 F=Ma=Mm+Mmg，显然要有 F=mg 必有 m+M=M，故有 mM，即只有 mM 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。    （2） 1M 【解析】根据牛顿第二定律 F=Ma，a 与 M 成反比，而反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系，故不能作 aM 图象；但 a=FM，故 a 与 1M 成正比，而正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，故应作 a1M 图象。    （3） 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足【解析】图B中图象与横轴的截距大于 0，说明在拉力大于 0 时，加速度等于 0，说明物体所受拉力之外的其他力的合力大于 0，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。    （4） 小车及车中砝码的总质量【解析】由图可知在拉力相同的情况下 a乙a甲，根据 F=ma 可得 m=Fa，即 aF 图象的斜率等于物体的质量，且 m乙m甲，故两人的实验中小车及车中砝码的总质量不同。6. （1） 1.59【解析】根据 x=aT2，运用逐差法得， a=x6+x5+x4x3x2x19T2=0.40650.13150.13150.09=1.59m/s2。故答案为：1.59。    （2） BC【解析】A.平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车拖着纸带沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误，B正确；C.每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C正确；D.实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始小车要靠近打点计时器，故D错误。    （3） Mm【解析】根据牛顿第二定律得：对 m：mgF拉=ma 对 M：F拉=Ma 解得：F拉=mMgM+m=mg1+mM 当 Mm 时，即小车的质量远大于砝码和盘的总质量，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力。    （4） 1M【解析】根据牛顿第二定律 F=Ma，a 与 M 成反比，而反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系，故不能作 aM 图象；但 a=FM，故 a 与 1M 成正比，而正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，故应作 a1M 图象。    （5） 平衡摩擦力时木板倾角过大【解析】图中没有拉力时就产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大。第8页（共8 页）