第二节同步练习实验:探究加速度与力、质量的关系
一、单选题(共7题,每题5分,共35分)
1.如图所示,在“验证牛顿运动定律”的实验中,下列做法不正确的是 ( )
A.拉小车的细线应该与长木板平行
B.小桶和沙的总质量应远小于小车的总质量
C.平衡摩擦力时,必须通过细线挂上小桶和沙
D.小车应紧靠打点计时器,先接通电源再释放小车
2.下列描述能体现等效替代思想的是( )
A.瞬时速度概念的建立 B.质点模型的建立
C.探究合力与分力的关系 D.探究加速度与力、质量的关系
3.在研究加速度与哪些因素有关的实验中采用的科学方法是 ( )
A.物理模型法
B.隔离法
C.控制变量法
D.等效替代法
4.关于物理学方法,下列说法正确的是( )
A.合力与分力的概念的提出用到了等效替代的思想方法
B.探究加速度与力、质量的关系实验用到了微元法
C.由平均速度得到瞬时速度的概念用到了控制变量法
D.推导匀变速直线运动的位移时间公式用到了极限法
5.探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验中,为了探究滑块质量m0不变时,加速度与外力F的定量关系,砝码质量m和滑块质量m0分别选取下列四组值( )
A.m0=500 g,m分别为50 g,70 g,100 g,125 g
B.m0=500 g,m分别为20 g,30 g,40 g,50 g
C.m0=200 g,m分别为50 g,75 g,100 g,125 g
D.m0=200 g,m分别为30 g,40 g,50 g,60 g
6.下列关于物理学思想方法的叙述中错误的是( )
A.探究加速度与力和质量关系的实验中运用了控制变量法
B.在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里采用了微元法
C.力学中将物体看成质点运用了理想化模型法
D.时的平均速度可看成瞬时速度运用了等效替代法
7.利用图示装置“探究加速度与力、质量的关系”,下列说法中正确的是( )
A.实验时,应先接通打点计时器的电源,再放开小车
B.平衡摩擦力时,应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上
C.改变小车的质量再次进行实验时,需要重新平衡摩擦力
D.小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出
二、多选题(共5题,每题5分,共25分)
8.在做“探究加速度与力、质量的关系 .”实验中,以下说法正确的( )
A.先释放纸带再接通电源
B.打点结束,先关电源再取纸带
C.拉小车的细线应尽可能与长木板平行
D.实验需要平衡拖着纸带的小车受到的摩擦力
9.下列关于物理方法的叙述中正确的是
A.人们为了研究问题方便,抓住主要因素,忽略次要因素,建立了理想模型——质点
B.在研究力的合成与分解时,采用了等效替代的方法,利用等效替代方法最基本的原则是必须保持效果相同
C.利用实验探究加速度与力、质量的关系时,使用了微小量放大法
D.伽利略在研究力和运动的关系时,采用控制变量的方法得出了力不是维持物体运动的原因
10.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,关于小车所受的合力,下列叙述中正确的是( )
A.小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力
B.小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力
C.只有平衡摩擦力后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D.只有平衡摩擦力后,且小车的质量M远大于吊盘与砝码的总质量时,小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力
11.如图所示小车打点计时器一电池是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时,正要打开夹子时的情况,某同学指出了实验时的几个错误,其说法正确的是( )
A.实验前没有平衡摩擦力
B.拉小车的细线应平行于水平桌面
C.实验电源应为交流电源
D.小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较近
12.在研究牛顿第二定律的实验中,下列说法正确的是( )
A.在研究加速度跟合外力的关系时,应让小车质量相等
B.在研究加速度跟质量的关系时,应让小车质量相等
C.为了通过比较小车的位移来比较加速度,应让小车受到的拉力相同
D.为了通过比较小车的位移来比较加速度,应让小车运动时间相同
三、解答题(共4题,每题10分,共40分)
13.某同学在做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量的关系”实验时,把两个实验的数据都记录在表1中。数据是按加速度的大小排列的,两个实验的数据混在一起,而且有两个加速度数据模糊不清(表1中空格)。请你把这些数据分拆填入表2和表3中,如果模糊的加速度数据是正确的,其数值应该是多少?请填在表1中。
表1 实验记录
F/N m/kg a/(m·s )
0.29 0.86 0.34
0.14 0.36 0.39
0.29 0.61 0.48
0.19 0.36 0.53
0.24 0.36
0.29 0.41 0.71
0.29 0.36 0.81
0.29 0.31
0.34 0.36 0.94
表2探究加速度与力的关系(条件: )
表3探究加速度与质量的关系(条件: )
14.某实验小组采用如图所示的装置验证牛顿第二定律,打点计时器工作频率为50Hz.验证实验的部分步骤如下:
a.将木板的左端垫起,以平衡小车的摩擦力;
b.在小车中放入砝码,纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
c.将小车停在打点计时器附近,接通电源,释放小车,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列的点,断开电源;
d.改变钩码或小车中砝码的质量,更换纸带,重复b、c的操作.设某次实验钩码质量为m、砝码和小车总质量为M,重力加速度为g.根据试验数据应用牛顿第二定律求
(1)小车的加速度a;
(2)细线对小车的拉力F
(3)若使细线对小车的拉力F近似等于钩码的重力,推导M,m所满足的条件.
15.如图1所示,一小车放于平直木板上(木板一端固定一个定滑轮),木板被垫高一定角度θ,该角度下,小车恰能做匀速直线运动(假设小车所受摩擦力与小车对木板的正压力成正比,比例系数为μ),小车总质量为M。
(1)请推导θ与μ应满足的定量关系;并分析说明若增大小车质量,仍使小车做匀速直线运动,角度θ是否需要重新调整;
(2)如图2所示,将小车上栓一根质量不计,且不可伸长的细绳,细绳通过滑轮(滑轮与细绳之间摩擦不计)下挂一个砝码盘(内放砝码),在木板上某位置静止释放小车后,小车做匀加速直线运动。已知砝码盘及砝码的总质量为m,求:当m=M,小车所受细绳拉力与砝码盘及砝码总重力的比值。
16.实验中用抬高平板一端的方法来平衡摩擦力。当小车质量改变时,是否需要重新调整平板的倾斜程度?为什么?
参考答案
1.C
【解析】
为使小车受合外力等于绳上拉力,拉小车的细线应该与长木板平行,故A正确;为使绳上拉力近视等于小桶与砂的重力,小桶和沙的总质量应远小于小车的总质量,B正确;平衡摩擦力时,不需要通过细线挂上小桶和沙,C错误;小车应紧靠打点计时器,先接通电源再释放小车,D正确;所以本题不正确的选择C.
2.C
【详解】
A. 为研究某一时刻或某一位置时的速度,我们采用了取时间非常小,即让时间趋向无穷小时的平均速度作为瞬时速度,即采用了极限思维法,故A错误;
B. 在不需要考虑物体本身的形状和大小时,用质点来代替物体的方法叫理想模型法,故B错误;
C. 探究合力与分力的关系是等效替代的思想,因为合力与分力的作用效果相同,故C正确;
D. 探究加速度与力、质量的关系,用的是控制变量法,故D错误。
故选C。
3.C
【详解】
根据可知公式中有三个物理量,要研究加速度与哪些因素有关则需要利用控制变量法两个两个讨论,最后得出加速度和外力以及质量之间的关系,故C正确;ABD错误;
4.A
【详解】
A.合力与分力的概念的提出用到了等效替代的思想方法,A正确;
B.探究加速度与力、质量的关系实验用到了控制变量法,B错误;
C.由平均速度得到瞬时速度的概念用到了极限思想法,当时间取到极小值时,这段时间内的平均速度就可以视为瞬时速度,C错误;
D.推导匀变速直线运动的位移时间公式用到了微元法,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,D错误。
故选A。
5.B
【详解】
探究滑块质量不变时,加速度与外力F的定量关系,是用砝码的重力代替对滑块的拉力,为了减小实验误差,应使,为此选B组值误差较小,故选B。
6.D
【详解】
A. 在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,保持质量不变研究加速度与力的关系,或保持力不变研究加速度与质量的关系,该探究运用了控制变量法,故A正确,不符合题意;
B. 在探究匀变速直线运动的位移公式时,采用了微元法将变速运动无限微分后变成了一段段的匀速运动,即采用了微元法,故B正确,不符合题意;
C. 质点采用的科学方法是运用了理想化的物理模型的方法,故C正确,不符合题意;
D. 速度的定义 ,表示物体的平均速度,当时,表示物体在t时刻的瞬时速度,是采用数学上极限思想方法。故D错误,符合题意。
故选D。
7.A
【详解】
A.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A正确;
B.平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动,故B错误;
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错误;
D.当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力,故D错误.
故选A.
8.BCD
【详解】
A.应先接通电源,然后释放重物,否则纸带开始阶段是空白,可能所采集的数据不够,而且浪费纸带,故A错误;
B.打点结束后,应先切段电源后再取纸带后,故B正确;
C.实验应保证细线拉力为小车所受合力,故小车的细线与木板平行,故C正确;
D.实验中,平衡掉摩擦阻力的方法是轻推一下拖着纸带的小车,若小车能够匀速下滑,则在纸带打下间距均匀的点,故D正确。
故选BCD。
9.AB
【详解】
试题分析:A、质点是物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或可以忽略时,把物体看成一个有质量的点,抓住了问题的主要因素,忽略次要因素,建立的是理想模型;正确
B、研究力的合成与分解用一个力的作用效果代替了多个力的作用效果,在研究时两种情况让橡皮筋伸长到相同的长度和方向,保证效果相同;正确
C、利用实验探究加速度与力、质量的关系时,使用了控制变量法;错误
D、伽利略在研究力和运动的关系时,采用了微小量放大法得出了力不是维持物体运动的原因;错误
故选AB
考点:物理思维方法
点评:掌握科学的思维方法可以跟我们提供更多更好的解决问题的思路.
10.CD
【详解】
AD.已平衡摩擦力且满足小车的质量远大于砂桶的质量时,可认为小车所受合外力的大小等于砂桶重力,但不能说重力就是合力,A错误,D正确;
BC.由于小车下滑必受摩擦力作用,平衡摩擦力实际是小车重力的下滑分力抵消摩擦力,此时小车所受合力等于细绳的拉力,B错误,C正确。
故选CD。
11.ABC
【详解】
A.木板水平放置,实验前没有平衡摩擦力,故A正确;
B.如果细线不与水平桌面保持平行,那么小车的合力就不等于细线上的拉力,小车的合力就不能正确测量,故B正确;
C.打点计时器必须使用交流电源,故C正确;
D.小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远,这样便于小车运动一段过程,从而能准确测量小车的加速度,减小误差,故D错误.
12.AD
【详解】
A.根据牛顿第二定律变形:
所以在研究加速度跟合外力的关系时,应让小车质量相等,A正确;
B.根据牛顿第二定律变形:
所以在研究加速度跟质量的关系时,应让小车所受合外力恒定,B错误;
CD.根据匀变速直线运动位移与时间的关系:
所以为了通过比较小车的位移来比较加速度,应让小车运动时间相同,C错误,D正确。
故选AD。
13.见解析
【详解】
由牛顿第二定律可知加速度
故表格1中第一个空格应填
表格1中第二个空格应填
在探究加速度与力的关系时,应保证质量不变,由表格1可知,m=0.36kg,故表2中所填数据如下
表2探究加速度与力的关系(条件:0.36kg)
0.14 0.19 0.24 0.29 0.34
0.39 0.53 0.67 0.81 0.94
在探究加速度与质量的关系时,应保证力不变,由表1可知,F=0.29N,故表3中所填数据如下
表3探究加速度与质量的关系(条件:0.29N)
0.86 0.61 0.41 0.36 0.31
0.34 0.48 0.71 0.81 0.94
14.(1) ;(2) ;(3)
【详解】
(1)以整体为对象由牛顿第二定律得:
得:
(2)以小车为对象由牛顿第二定律得
得
(3)若使细线对小车的拉力F近似等于钩码的重力,即
则要保证
综上所述本题答案是; (1) ;(2) ;(3)
点睛:本题考查了牛顿第二定律的运用能力,以及要知道为什么绳子的拉力可以用钩码的重力来计算.
15.(1)角度θ无须改变;(2)1:2
【详解】
(1)受力分析如图
Mgsinθ=f
Mgcosθ=N
f=N
则
Mgsinθ=Mgcosθ
得
=tanθ
论证:当小车质量由M变成M+△m时,若使小车匀速运动,仍有
(M+△m)gsinθ=(M+△m)gcosθ成立
仍然满足
=tanθ
即若增大小车质量,角度θ无须改变
(2)根据牛顿运动定律,对小车
对砝码和砝码盘
由于
则
所以
16.不需要,分析略
【详解】
抬高一端后,设平板的倾斜角为,若此时小车处于平衡状态,则
即使小车质量发生改变,方程两边小车质量消去,仍处于平衡状态,因此不需要重新调整平板的倾斜程度。