4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课后作业—2021-2022学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册（word含答案）
文档属性
| 名称 | 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课后作业—2021-2022学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册（word含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 660.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-03 06:30:29 | ||
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文档简介
实验：探究加速度与力、质量的关系
1．（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正确的是（
）
A．“平衡摩擦力”的本质就是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的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦力相平衡
C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力
D．“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
2．如图所示，在探究加速度和力、质量关系的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（
）
A．当m1=m2、F1=2F2时，x1=2x2
B．当m1=m2、F1=2F2时，x2=2x1
C．当F1=F2、m1=2m2时，x1=2x2
D．当F1=F2、m1=2m2时，x2=2x1
3．（多选）甲、乙、丙、丁四位同学在做探究加速度与物体质量和合力的关系的实验时（使用图所示的装置），设小车和车上砝码的总质量为M，小盘及盘中砝码的总质量为m，分别得出如图中甲、乙、丙、丁四个图像，其中甲、乙、丙是a-F图像，丁是图像，则下列说法正确的是（
）
A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于m
B．丙和丁没有把握好实验条件M远大于m
C．甲中长木板的倾角太大，乙中长木板的倾角太小
D．甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
4．（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法正确的是（
）
A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量
C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比
D．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
5．在保持小车质量m不变，探究a与F的关系时，小车质量m和小盘及砝码质量m′分别选取下列四组值．若其他操作都正确，要使所画出的a-F图线较准确，应选用的一组测量值是（
）
A．m=500
g，m′分别为50
g、70
g、100
g、125
g
B．m=500
g，m分别为20
g、30
g、40
g、50
g
C．m=200
g，m分别为50
g、70
g、100
g、125
g
D．m=100
g，m分别为30
g、40
g、50
g、60
g
6．在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法错误的是（
）
A．应使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．可以用天平测出小桶和沙的总质量m1，小车和砝码的总质量m2，根据公式求出小车的加速度
C．处理实验数据时采用描点法画图像，是为了减小误差
D．处理实验数据时采用图像，是为了便于根据图线直观地做出判断
7．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，备有下列器材：
A．电火花计时器；B．天平；C．秒表；D．交流电源；E．电池；F．纸带；G．细绳、砝码、滑块（可骑在气垫导轨上）；H．气垫导轨（一端带定滑轮）；I．毫米刻度尺；J．小型气泵．
（1）实验中应选用的器材有__________；
实验的研究对象是____________________．
（2）本实验分两大步骤进行：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________．
8．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示．
（1）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17-4乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02
s，从比较清晰的点起，每五个点取一个计数点，量出并标出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a=__________m/s2．
（2）平衡摩擦力后，将五个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F/N
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a/（m·s-2）
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
请根据实验数据在图所示坐标系中作出a-F的关系图像．
（3）根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点．请说明主要原因．
9．如图甲所示，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，用钩码所受的重力大小作为__________，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（如图乙所示）．分析此图线OA段可得出的实验结论是__________．
（3）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
10．某同学为探究加速度与合外力的关系，设计了如图甲所示的实验装置．一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，用轻绳绕过定滑轮及轻滑轮将小车与弹簧测力计相连．实验中改变悬挂的钩码个数进行多次测量，记录弹簧测力计的示数F，并利用纸带计算出小车对应的加速度a．
（1）实验中钩码的质量可以不需要远小于小车质量，其原因是__________．
A．小车所受的拉力与钩码的重力无关
B．小车所受的拉力等于钩码重力的一半
C．小车所受的拉力可由弹簧测力计直接测出
（2）图乙是实验中得到的某条纸带的一部分．已知打点计时器使用的交流电频率为50
Hz，由纸带数据求出小车的加速度a=__________m/s2．
（3）根据实验数据绘出小车的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图像，下列图像中最符合本实验实际情况的是__________．
11．某实验小组利用如图甲所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个钩码的质量为m，打点计时器所接的交流电源的频率为50
Hz，动滑轮质量不计，实验步骤如下：
①按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
②调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
③挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
④改变钩码的数量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度．
根据上述实验过程，回答以下问题：
（1）对于上述实验，下列说法正确的是__________（填选项前的字母）．
A．钩码的质量应远小于小车的质量
B．实验过程中钩码处于超重状态
C．与小车相连的细线与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半
（2）实验中打出的一条纸带如图乙所示，图中两邻两计数点间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a=__________m/s2（结果保留两位有效数字）．
（3）若交流电的实际频率大于50
Hz，则上述（2）中加速度a计算结果与实际值相比__________（选填“偏大”“偏小”“不变”）．
（4）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是__________．
（5）若实验步骤②中，让长木板水平放置，没有做平衡摩擦力，其余实验步骤不变且操作正确，读出弹簧测力计的示数F，处理纸带，得到滑块运动的加速度a；改变钩码个数，重复实验，以弹簧测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到的图像是纵轴截距为b的一条倾斜直线，如图所示．已知小车的质量为M，重力加速度为g，忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦，则小车和长木板之间的动摩擦因数μ=__________．
参考答案
1．BCD
2．A
3．AD
4．BD
解析：平衡摩擦力时，不应挂小桶，故选项A错误．选项B中所述为实验条件，正确．选项C中横坐标为小车和车内砝码总质量的倒数，故选项C错误．
5．B
解析：探究a与F的关系时，应满足m》m′，选项B正确．
6．B
解析：实验中应满足选项A所述的条件，故选项A正确．实验中加速度不能根据公式求解，故选项B错误．画图像时偏离较远的点已舍弃，误差较小，故选项C正确．采用图像，图像为直线，更直观，故选项D对．
7．（1）A、B、D、F、G、H、I、J
骑在气垫导轨上的滑块
（2）①研究a与F的关系（m一定）②研究a与m的关系（F一定）
8．（1）0.16
（2）见解析图
（3）计算F时忘记加入砝码盘的重力
解析：（1）由题意可知计数间隔T=5T0=0.1
s．
由题图乙可知 x=0.16
cm=1.6×10-3m，
由 x=aT2可得a=0.16m/s2．
（2）a-F图像如图所示．
（3）平衡小车与桌面之间的摩擦力后，a-F图像仍不通过原点，可能是在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图像向左平移造成的．
9．（1）小车的总质量
小车所受外力
（2）在质量不变的条件下，加速度与外力成正比
（3）C
解析：（1）采用控制变量法，应保持小车的总质量不变．（2）从a-F关系图像可以看出基本上是一条直线，所以可以得出在质量不变的条件下，加速度与外力成正比．（3）本次实验的条件是所挂钩码的总质量应远小于小车的总质量，否则不能用钩码所受的重力作为小车受到的作用力．此图线的AB段明显偏离直线说明所挂钩码的总质量太大．
10．C
0.75
B
解析：（1）根据实验原理可知，弹簧测力计的读数为小车所受合外力，则不需要砝码和砝码盘的总质量应运小于小车的质量的条件，故选项A、B错误，选项C正确．
（2）在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即： x=aT2，
解得：．
（3）由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成线性关系，即为不是过原点的一条倾斜直线，实验存在阻力，故选项B符合．
11．（1）C
（2）0.88
（3）偏小
（4）A
（5）
解析：（1）由图示实验装置可知，测力计可以测出细线对小车的拉力，实验不需要满足砝码的质量应远小于小车的质量，故选项A错误；实验过程中砝码向下加速运动，砝码处于失重状态，故选项B错误；为使小车受到的拉力等于细线的拉力，应调节滑轮的高度使与小车相连的轻绳与长木板一定要平行，故选项C正确；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故选项D错误．
（2）由图示纸带可知，相邻两个计数点之间的时间间隔：t=5×0.02
s=0.1
s，由匀变速直线运动的推论 x=at2，利用逐差法，可得加速度：a=（s3+s4-s1-s2）/4T2=0.88
m/s2．
（3）若交流电的实际频率大于50
Hz，打点计时器打点的时间间隔小于0.02
s，计数点间的时间间隔小于0.1
s，计算加速度时所用时间t偏大，加速度的测量值小于真实值，即计算结果与实际值相比偏小．
（4）由图中所示装置及实验步骤可知，已经平衡好摩擦力，小车受到的拉力F可以由弹簧测力计测出，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，由图示可知，选项B、C、D错误，选项A正确．
（5）滑块受到的拉力FT为弹簧测力计示数F，即：FT=F，滑块受到的摩擦力为：f=μMg，由牛顿第二定律可得：FT-f=Ma，解得：F=Ma+μMg，由图像所给信息可得图像截距为：b=μMg，解得：．
1．（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正确的是（
）
A．“平衡摩擦力”的本质就是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的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦力相平衡
C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力
D．“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
2．如图所示，在探究加速度和力、质量关系的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（
）
A．当m1=m2、F1=2F2时，x1=2x2
B．当m1=m2、F1=2F2时，x2=2x1
C．当F1=F2、m1=2m2时，x1=2x2
D．当F1=F2、m1=2m2时，x2=2x1
3．（多选）甲、乙、丙、丁四位同学在做探究加速度与物体质量和合力的关系的实验时（使用图所示的装置），设小车和车上砝码的总质量为M，小盘及盘中砝码的总质量为m，分别得出如图中甲、乙、丙、丁四个图像，其中甲、乙、丙是a-F图像，丁是图像，则下列说法正确的是（
）
A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于m
B．丙和丁没有把握好实验条件M远大于m
C．甲中长木板的倾角太大，乙中长木板的倾角太小
D．甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
4．（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法正确的是（
）
A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量
C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比
D．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
5．在保持小车质量m不变，探究a与F的关系时，小车质量m和小盘及砝码质量m′分别选取下列四组值．若其他操作都正确，要使所画出的a-F图线较准确，应选用的一组测量值是（
）
A．m=500
g，m′分别为50
g、70
g、100
g、125
g
B．m=500
g，m分别为20
g、30
g、40
g、50
g
C．m=200
g，m分别为50
g、70
g、100
g、125
g
D．m=100
g，m分别为30
g、40
g、50
g、60
g
6．在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法错误的是（
）
A．应使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．可以用天平测出小桶和沙的总质量m1，小车和砝码的总质量m2，根据公式求出小车的加速度
C．处理实验数据时采用描点法画图像，是为了减小误差
D．处理实验数据时采用图像，是为了便于根据图线直观地做出判断
7．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，备有下列器材：
A．电火花计时器；B．天平；C．秒表；D．交流电源；E．电池；F．纸带；G．细绳、砝码、滑块（可骑在气垫导轨上）；H．气垫导轨（一端带定滑轮）；I．毫米刻度尺；J．小型气泵．
（1）实验中应选用的器材有__________；
实验的研究对象是____________________．
（2）本实验分两大步骤进行：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________．
8．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示．
（1）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17-4乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02
s，从比较清晰的点起，每五个点取一个计数点，量出并标出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a=__________m/s2．
（2）平衡摩擦力后，将五个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F/N
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a/（m·s-2）
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
请根据实验数据在图所示坐标系中作出a-F的关系图像．
（3）根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点．请说明主要原因．
9．如图甲所示，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，用钩码所受的重力大小作为__________，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（如图乙所示）．分析此图线OA段可得出的实验结论是__________．
（3）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
10．某同学为探究加速度与合外力的关系，设计了如图甲所示的实验装置．一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，用轻绳绕过定滑轮及轻滑轮将小车与弹簧测力计相连．实验中改变悬挂的钩码个数进行多次测量，记录弹簧测力计的示数F，并利用纸带计算出小车对应的加速度a．
（1）实验中钩码的质量可以不需要远小于小车质量，其原因是__________．
A．小车所受的拉力与钩码的重力无关
B．小车所受的拉力等于钩码重力的一半
C．小车所受的拉力可由弹簧测力计直接测出
（2）图乙是实验中得到的某条纸带的一部分．已知打点计时器使用的交流电频率为50
Hz，由纸带数据求出小车的加速度a=__________m/s2．
（3）根据实验数据绘出小车的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图像，下列图像中最符合本实验实际情况的是__________．
11．某实验小组利用如图甲所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个钩码的质量为m，打点计时器所接的交流电源的频率为50
Hz，动滑轮质量不计，实验步骤如下：
①按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
②调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
③挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
④改变钩码的数量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度．
根据上述实验过程，回答以下问题：
（1）对于上述实验，下列说法正确的是__________（填选项前的字母）．
A．钩码的质量应远小于小车的质量
B．实验过程中钩码处于超重状态
C．与小车相连的细线与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半
（2）实验中打出的一条纸带如图乙所示，图中两邻两计数点间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a=__________m/s2（结果保留两位有效数字）．
（3）若交流电的实际频率大于50
Hz，则上述（2）中加速度a计算结果与实际值相比__________（选填“偏大”“偏小”“不变”）．
（4）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是__________．
（5）若实验步骤②中，让长木板水平放置，没有做平衡摩擦力，其余实验步骤不变且操作正确，读出弹簧测力计的示数F，处理纸带，得到滑块运动的加速度a；改变钩码个数，重复实验，以弹簧测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到的图像是纵轴截距为b的一条倾斜直线，如图所示．已知小车的质量为M，重力加速度为g，忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦，则小车和长木板之间的动摩擦因数μ=__________．
参考答案
1．BCD
2．A
3．AD
4．BD
解析：平衡摩擦力时，不应挂小桶，故选项A错误．选项B中所述为实验条件，正确．选项C中横坐标为小车和车内砝码总质量的倒数，故选项C错误．
5．B
解析：探究a与F的关系时，应满足m》m′，选项B正确．
6．B
解析：实验中应满足选项A所述的条件，故选项A正确．实验中加速度不能根据公式求解，故选项B错误．画图像时偏离较远的点已舍弃，误差较小，故选项C正确．采用图像，图像为直线，更直观，故选项D对．
7．（1）A、B、D、F、G、H、I、J
骑在气垫导轨上的滑块
（2）①研究a与F的关系（m一定）②研究a与m的关系（F一定）
8．（1）0.16
（2）见解析图
（3）计算F时忘记加入砝码盘的重力
解析：（1）由题意可知计数间隔T=5T0=0.1
s．
由题图乙可知 x=0.16
cm=1.6×10-3m，
由 x=aT2可得a=0.16m/s2．
（2）a-F图像如图所示．
（3）平衡小车与桌面之间的摩擦力后，a-F图像仍不通过原点，可能是在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图像向左平移造成的．
9．（1）小车的总质量
小车所受外力
（2）在质量不变的条件下，加速度与外力成正比
（3）C
解析：（1）采用控制变量法，应保持小车的总质量不变．（2）从a-F关系图像可以看出基本上是一条直线，所以可以得出在质量不变的条件下，加速度与外力成正比．（3）本次实验的条件是所挂钩码的总质量应远小于小车的总质量，否则不能用钩码所受的重力作为小车受到的作用力．此图线的AB段明显偏离直线说明所挂钩码的总质量太大．
10．C
0.75
B
解析：（1）根据实验原理可知，弹簧测力计的读数为小车所受合外力，则不需要砝码和砝码盘的总质量应运小于小车的质量的条件，故选项A、B错误，选项C正确．
（2）在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即： x=aT2，
解得：．
（3）由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成线性关系，即为不是过原点的一条倾斜直线，实验存在阻力，故选项B符合．
11．（1）C
（2）0.88
（3）偏小
（4）A
（5）
解析：（1）由图示实验装置可知，测力计可以测出细线对小车的拉力，实验不需要满足砝码的质量应远小于小车的质量，故选项A错误；实验过程中砝码向下加速运动，砝码处于失重状态，故选项B错误；为使小车受到的拉力等于细线的拉力，应调节滑轮的高度使与小车相连的轻绳与长木板一定要平行，故选项C正确；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故选项D错误．
（2）由图示纸带可知，相邻两个计数点之间的时间间隔：t=5×0.02
s=0.1
s，由匀变速直线运动的推论 x=at2，利用逐差法，可得加速度：a=（s3+s4-s1-s2）/4T2=0.88
m/s2．
（3）若交流电的实际频率大于50
Hz，打点计时器打点的时间间隔小于0.02
s，计数点间的时间间隔小于0.1
s，计算加速度时所用时间t偏大，加速度的测量值小于真实值，即计算结果与实际值相比偏小．
（4）由图中所示装置及实验步骤可知，已经平衡好摩擦力，小车受到的拉力F可以由弹簧测力计测出，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，由图示可知，选项B、C、D错误，选项A正确．
（5）滑块受到的拉力FT为弹簧测力计示数F，即：FT=F，滑块受到的摩擦力为：f=μMg，由牛顿第二定律可得：FT-f=Ma，解得：F=Ma+μMg，由图像所给信息可得图像截距为：b=μMg，解得：．