2019_2020版高中物理第四章第二节实验：探究加速度与力、质量的关系（对点练巩固练） 9页

第二节　实验：探究加速度与力、质量的关系一、选择题1．(实验过程)在“探究加速度与力、质量的关系”时，下列说法中正确的是(　　)A．同时测出物体的质量、加速度和力，能容易发现三者之间的关系B．保持物体的质量不变，一定要测出加速度的数值，才能找出加速度与力的关系C．可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系D．如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成正比答案　D解析　判断三个量之间的关系时，应控制一个量不变，来探究另外两个量之间的关系，即采取控制变量法，A错误；本实验只是探究两个量之间的关系，只要找到二者之间的比例关系即可，不一定要测出加速度的具体数值，B错误；自由落体运动的加速度a＝g，不随质量而变化，C错误；如果物体的质量一定，a与F的图象为过原点的直线，a与F成正比，故D正确。2．(平衡摩擦力)(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(　　)A．“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受重力的一个分力与小车所受的摩擦阻力相平衡C．“平衡摩擦力”应在小车被砝码盘拉动的过程中进行D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动的纸带上的点迹间距是否均匀确定答案　BD解析　在小车的运动过程中摩擦阻力总是存在的，无法使之为零，A错误；平衡摩擦力的本质就是让小车所受重力的一个分力与摩擦阻力平衡，B正确；平衡摩擦力时不挂小盘，让小车拖动纸带自由运动，调整长木板的倾角，直至所打纸带上的点迹间距均匀为止，C错误，D正确。3．(平衡摩擦力)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力。平衡摩擦力时，应该让小车(　　)A．挂上小盘，拖上纸带，开动打点计时器B．不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器nC．挂上小盘，不拖纸带D．不挂小盘，不拖纸带答案　B解析　平衡摩擦力时，应把纸带所受的摩擦力一起平衡掉，所以应让小车拖上纸带，且让打点计时器处于工作状态，B正确。4．(实验方法)在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力之间的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是(　　)A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法答案　B解析　实验先控制质量m不变，探究加速度a与作用力F间的关系；再控制作用力F不变，探究加速度a与质量m间的关系，最后综合得到加速度a与作用力F、质量m间的关系，属于控制变量法，故B正确。5．(实验过程)(多选)按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，其合理顺序是(　　)①保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次②保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次③用天平测出小车和重物的质量④平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动⑤挂上重物，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点⑥根据测量的数据，分别画出a－F和a－的图线A．③④⑤①②⑥B．③⑤④①②⑥C．④③⑤①②⑥D．④③⑤②①⑥答案　ACD解析　③④是实验准备，顺序可颠倒，①是验证a－关系，②是验证a－F关系，这两步顺序也可颠倒，⑤是实验做法，⑥是实验数据的处理，所以合理顺序为A、C、D。6．(实验综合)(多选)经过对加速度与物体的质量和合外力的关系的探究学习，已经知n道物体的加速度a与物体所受的力F及物体的质量m满足关系式a∝F，a∝。如果在光滑的水平面上有一质量为m的物体受到水平力F的作用，从静止开始在t时间内移动了位移x。要使位移变为4x，可采用以下哪种方法(　　)A．将水平恒力增为4FB．将物体的质量减为原来的一半C．将作用时间增为2tD．将作用时间增为4t答案　AC解析　当质量m、作用时间不变时，作用力增为4F，由于a∝F，所以加速度a增为原来的4倍，由x＝at2得距离变为4x，A正确；同理可知B错误；当F、m不变时，a不变，若时间变为2t，由x＝at2得距离变为4x，故C正确，D错误。7.(实验图象)如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a－F图象，下列说法错误的是(　　)A．三条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量不同B．直线1所对应的小车和砝码的质量最大C．直线3所对应的小车和砝码的质量最大D．由图象可以看出在质量一定时，物体的加速度与其所受合外力成正比答案　B解析　由图象知F相同时，对应的加速度大小a1＞a2＞a3，根据F相同时，加速度与质量成反比，所以m1＜m2＜m3，故A、C正确，不符合题意，B错误，符合题意；由图象可知D正确，不符合题意。二、非选择题(按照题目要求作答，计算题须写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题注明单位)8．(实验综合)在保持质量不变，探究加速度与物体受力之间的关系的实验中，小车质量M和提供拉力的砝码质量m分别选取下列四组值：nA．M＝500g，m分别为50g、70g、100g、125gB．M＝500g，m分别为20g、30g、40g、50gC．M＝200g，m分别为50g、75g、100g、125gD．M＝200g，m分别为30g、40g、50g、60g(1)如果其他操作都正确，那么在选用________组值进行实验时所画出的图线较准确。(2)在选用此组值时，m取________时实验误差较大。答案　(1)B　(2)50g解析　(1)B组中数据，最容易满足小车质量M远大于砝码质量m的条件。(2)50g与其他三个数值比较而言，不是最满足Mm，所以m取50g时实验误差较大。9．(实验综合)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(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砂时，细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力m砂g。(4)实验数据处理的科学方法：________。(5)由a－M车图象转化为a－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”)答案　(1)平衡摩擦力法　(2)控制变量法　(3)近似法　(4)图象法　(5)化曲为直法解析　(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行平衡摩擦力，以减小实验误差，称为平衡摩擦力法。(2)在探究加速度、力与质量三者关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法。(3)当小车质量M车m砂时，细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力m砂g，称为近似法。(4)通过图象研究实验的结果，称为图象法。(5)在作图时，由a－M车图象转化为a－图象，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法。n10．(实验图象)现测得某一物体所受外力F一定时，其加速度a与其质量m的关系数据如下表：a/(m·s－2)2.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.00(1)根据表中所列数据，画出a－图象。(2)由a－图象可知，当F一定时，a与m成________关系。答案　(1)如图所示(2)反比解析　(1)要画a－图象，需要先求出对应的，其数据分别为0.50、0.67、0.80和1.00，然后描点，连线。(2)由图象可知，a与成正比，即a与m成反比。11．(实验综合)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图甲所示的装置，打点计时器使用的交流电频率为50Hz。n(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图乙所示，自A点起，相邻两点的距离分别为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，如图丙所示，则图中直线部分不过原点的原因可能是________________。答案　(1)0.85　5.0(2)拉力F(砂和砂桶的总质量)　小车质量M(3)平衡摩擦力过度解析　(1)D、F两点间的平均速度即为E点的瞬时速度，vE＝＝m/s＝0.85m/s，根据Δx＝aT2得：a＝＝m/s2＝5.0m/s2。(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变即砂桶(含砂)的质量不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车的质量M不变。(3)图中当F＝0时，a≠0。说明当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，也就是说小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板一端垫得过高，即平衡摩擦力过度。12．(实验综合)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。(1)当小车(包括车中砝码)的质量M与砝码及砝码盘的质量m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小近似等于砝码盘及砝码盘中砝码的重力。n(2)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器打点的时间间隔为0.02s。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。该小车的加速度大小a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)下图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象。两同学的图象都不过原点，试分析可能的原因甲：________________________________________________________________________；乙：________________________________________________________________________。答案　(1)mM　(2)0.16(3)长木板倾角过大，平衡摩擦力过度　未平衡掉摩擦力或长木板倾角过小解析　(1)探究加速度与力、质量的关系的实验中，要保证mM，才能保证绳子的拉力近似等于盘及盘中砝码的重力。(2)计数点时间间隔T＝0.1s，间距x1＝3.52cm，x2＝3.68cm，x3＝3.83cm。因x2－x1＝a1T2，x3－x2＝a2T2，a＝，得a＝≈0.16m/s2。(3)图线甲，F＝0时，小车就有了加速度，可见是长木板倾角过大，平衡摩擦力过度。图线乙，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小。13．(实验综合)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。(滑轮质量不计)(1)实验时，一定要进行的操作是________。A．用天平测出砂和砂桶的质量B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C．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，同时记录弹簧测力计的示数D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带nE．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两相邻计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)。答案　(1)BCD　(2)1.3解析　(1)由实验原理图可以看出，由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，A、E错误；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，B正确；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再放小车，同时读出弹簧测力计的示数，C正确；为了多测几组数据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，D正确。(2)由逐差法可得：小车的加速度a＝，将T＝×3s＝0.06s代入，可得a≈1.3m/s2。14．(实验创新)为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录。滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m。回答下列问题。(1)实验开始时应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，判定调节是否到位的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。A．m1＝5gB．m2＝15gnC．m3＝40gD．m4＝400g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为________(用Δt1、Δt2、D、x表示)。答案　(1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器，用数字计时器记录的每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt都相等(2)D　(3)a＝解析　(1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器，用数字计时器记录的每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt都相等。(2)实验要求mM，而M＝0.4kg，故当m＝400g时不符合要求。(3)滑行器通过光电门G1时的速度v1＝，通过光电门G2时的速度v2＝。滑行器做匀加速运动，根据运动学公式v－v＝2ax可得a＝＝。