4.2加速度与力、质量之间的关系 课时作业—2021-2022学年高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册（word版含答案）

粤教版高一物理必修第一册课时作业
第二节 加速度与力、质量之间的关系
一、单项选择题
1、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不正确的是( )
A．“平衡摩擦力”的本质就是想办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的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合外力等于所挂钩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，可轻轻推动小车，由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否相等而确定
2、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置：
实验中，操作正确的是（　　）
A.平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上
B.平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器
C.每次改变拉力的大小，需要重新平衡摩擦力
D.实验时，应先放开小车，后接通电源
3、在“探究加速度与力、质量之间的关系”的实验中,采用如图装置进行实验，下列做法正确的是（ ）
A.平衡摩擦力时,应将砝码和砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器
D.小车运动的加速度可通过天平测出砝码盘与砝码的质量(M'与m')以及小车质量M,直接用公式a=g求出
4、如图甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M,实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。
甲
乙
实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行,接下来还需要进行的一项操作是（ ）
A.将长木板水平放置,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动
B.将长木板远离滑轮的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C.将长木板远离滑轮的一端垫起适当的高度,将砂桶挂上,撤去纸带,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动
5、关于“验证牛顿运动定律”的实验，下列说法中符合实际的是(　　)
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
6、如图所示是某同学“探究加速度与力、质量的定量关系”实验时安装完毕后，准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是(　　)
A．实验前没有平衡摩擦力
B．拉小车的细线应与长木板平行
C．实验中所用电源应为交流电源
D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些
7、某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得偏低，使得倾角偏小，他所得的aF关系图象可以用下图所示的哪一个来表示(　　)
8、在“探究加速度与物体质量的定性关系”实验中，在增大物体质量的同时，要保证物体所受的合外力不变，下列措施可行的是(　　)
A．增大斜面的倾角 B．减小斜面的倾角
C．保持斜面倾角不变 D．以上措施都不能实现
二、多项选择题
9、在探究加速度与力和物体质量的关系实验中，下列操作错误的是(　　)
A．平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但小盘内不能装砝码
B．实验中无须始终保持小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量
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
10、用图甲所示的装置进行“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”的实验。下面有关阻力补偿的说法中正确的有（ ）
A.补偿时需要在牵引小车的细绳的另一端挂上槽码
B.补偿时不需要将纸带固定在小车后端并穿过打点计时器的限位孔
C.补偿时需要将轨道的一侧垫高,让轨道适当倾斜
D.接通电源,轻推小车,如果纸带上打出的点迹均匀,表明阻力被补偿好了
11、在用实验探究加速度和力的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是(　　)
A．实验的基本思想是保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系
B．实验的基本思想是保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系
C．在处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比
D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比
12、为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙两同学设计了如图所示的实验装置。其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的质量,滑轮通过铁丝固定在小车上,质量为m0=0.1 kg。力传感器可测出轻绳上的拉力F的大小,不计滑轮与轻绳之间的摩擦。
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,同时记录力传感器的示数
D.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
三、非选择题
13、小明同学利用如图甲所示装置“探究加速度与力、质量的关系”。
甲
乙
丙
(1)本实验采用的物理思想方法是 。
A.类比法 B.控制变量法
C.等效替代法 D.理想实验法
(2)实验中小车的质量应 砂和砂桶的总质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。
(3)该同学实验中打出的一条纸带如图乙,打点计时器打点的时间间隔为0.02 s,从比较清晰的点起,每5个点取1个计数点,量出相邻两个计数点之间的距离分别为OA=1.20 cm,AB=1.50 cm,BC=1.80 cm,CD=2.10 cm,则小车的加速度为 m/s2(保留两位有效数字)。
(4)在实验中保持小车质量不变,改变砂和砂桶的总质量,测得砂和砂桶的总重力和小车加速度的数据如表所示:
G/N 0.15 0.30 0.48 0.62 0.74
a/(m·s-2) 0.05 0.16 0.30 0.40 0.49
①根据测得的数据,在图丙中作出a-F图像;
②根据图丙可知a-F图像未过原点的原因可能是 (填序号)。
A.未平衡摩擦力
B.平衡摩擦力过度
C.小车质量太小
14、为了探究加速度与合外力的关系,甲、乙、丙、丁四个实验小组分别采用图甲、乙、丙、丁所示的实验装置进行实验,小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器,丙图中M包括小车和与小车固连的小滑轮),钩码总质量用m表示。丁组同学先按图丁将木板有定滑轮的一端垫起,调整木板倾角,使小车恰好带着钩码和纸带一起沿木板向下匀速运动,再保持长木板的倾角不变,取下细绳和钩码,然后接通电源释放小车,使之由静止开始加速运动并在纸带上打点,如图戊所示。重力加速度g已知,试回答下列问题:
甲 乙
丙 丁
戊 己
(1)甲、乙、丙三组实验中必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的是 。
(2)甲、乙、丙、丁四组实验中必须满足“M m”的是 (填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
(3)实验时各组同学的操作均完全正确,甲、乙、丙三组同学作出的a-F图线如图己所示(乙组同学所用F为力传感器读数,丙组同学所用F为弹簧测力计示数),则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是 (填“A”“B”或“C”)。
(4)实验时丁组同学操作的小车加速下滑受到的合力F= 。
15、某实验小组采用图甲所示装置“探究小车的加速度a跟放入小车中砝码个数n的关系”,除了图中的仪器,他们还准备了5个质量m=100 g的砝码。
甲
乙
丙
(1)平衡摩擦力: 钩码(选填“取下”或“吊着”),把木板上安装打点计时器的一端慢慢垫高,轻推小车,直至纸带上打出的点的 为止。
(2)打点计时器使用频率为50 Hz的交流电。当放入小车内4个砝码时,记录小车运动的纸带如图乙所示,在纸带上相邻两计数点之间还有四个点未画出。由此得到的加速度a= (计算结果保留两位有效数字)。
(3)为了更直观描述小车加速度跟放入小车中砝码个数的关系,小组同学整理实验数据后画出如图丙所示的-n图像。由图线可得实验小车的质量等于 g,钩码的质量等于 g。(重力加速度g取10 m/s2)
(4)本实验中,小车上放入的砝码越多,将钩码的重力大小当作小车的拉力大小误差越 。
16、某探究小组用长木板、小车、光电门等设计如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系。
甲
(1)实验前先用游标卡尺测出安装在小车上遮光条的宽度d,光电门记录显示遮光条通过光电门的时间为Δt,则小车通过光电门时的速度v= 。(用已知或测出的物理量字母表示)
(2)保证砝码和砝码盘的总质量m远小于小车的质量M。调节好装置,木板保持水平,将小车由静止释放,读出遮光条通过光电门A、B的时间分别为Δt1、Δt2,测出两光电门间的距离为L,则小车的加速度a= 。(用已知或测出的物理量字母表示)
(3)为了使加速度a的测量更准确,可采取下列哪些措施 。
A.增大小车的质量M
B.适当减小遮光条的宽度d
C.适当减小砝码和砝码盘的总质量m
D.适当增大两光电门间的距离L
(4)改变小车质量M,测出相应的加速度,并重复此步骤多次,根据实验数据描绘出来的a-图线如图乙所示,图线不经过坐标原点O的原因可能是 。
乙
答案与解析
1、A
2、B
解析：在本实验中，把沙和沙桶的重量作为小车受的合力，所以挂上沙和沙桶之前小车受的合外力为零，平衡摩擦力时，应让重力的分力平衡斜面和打点计时器产生的摩擦力，选B.
3、B
解析：平衡摩擦力时,将长木板无滑轮的一端垫高,使小车重力沿板方向的分力与摩擦力平衡,此时不能将砝码和砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上,故A错误。设板的倾角为θ,小车与板间的动摩擦因数为μ,平衡摩擦力时,有mg sin θ=μmg cos θ,即有sin θ=μ cos θ,可知平衡摩擦力与小车的质量无关,故每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,B正确。实验时,先接通打点计时器,再放开小车,C错误。小车运动的加速度应利用纸带所测得的数据求出,而不是利用牛顿第二定律求出,故D错误。
4、B
解析：(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,必须平衡摩擦力。在平衡摩擦力时,将长木板远离滑轮的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,故B正确,A、C、D错误。
5、D
解析：验证牛顿运动定律的实验，是利用控制变量法，探究加速度a与合外力F、物体质量m的关系，故D项正确．
6、D
7、D
解析：在平衡摩擦力时，若把长木板的一端垫得过低，小车重力沿木板方向的分力小于摩擦力．
8、B
解析：小车下滑过程中受到有重力、支持力和摩擦力的作用，假设动摩擦因数为μ，斜面倾角为θ，物体质量为m，则所受的合外力为F合＝mgsin θ－μmgcos θ，则在增大m的同时必须要减小θ，才能保持F合不变．
9、ABC
解析：平衡摩擦力时，小车后面连接好纸带，小车匀速运动时，小车重力的分力等于小车的滑动摩擦力和纸带受到的阻力的合力，这样纸带阻力也平衡了，但不能挂小盘，所以A错误，D正确；只有满足小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量，细绳的拉力才近似等于小盘和砝码的总重力，B错误；C项中当横坐标表示小车和车内砝码的总质量的倒数时，描出相应的点才在一条直线上，故C错误．
10、CD
解析：槽码是给小车加速运动提供动力的,补偿时不能挂上槽码,故A错误;纸带运动时,和打点计时器的限位孔之间会产生摩擦阻力,也需要被平衡掉,所以补偿时需要将纸带固定在小车后端,并穿过打点计时器的限位孔,故B错误;阻力补偿是用重力沿轨道的分力平衡掉除绳拉力之外其他的阻力,需要将轨道的一侧垫高,故C正确;阻力补偿时要做到小车的合力为零,此时小车匀速运动,通过纸带上打出的点迹是否均匀,来验证小车是否做匀速直线运动,如果点迹均匀,说明合力为零,表明阻力被补偿好了,故D正确。
11、AC
解析：本实验是利用控制变量法得到a、F二者的关系，A、C所述符合实验的思路和数据分析，故应选A、C.
12、BC
解析：(1)本题中拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也不需要使砂桶(包括砂)的质量远小于车和滑轮的总质量,A、D错误;实验时需将长木板右端垫高,以平衡摩擦力,B正确;实验时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,待打点稳定后再释放小车,需记录力传感器的示数,C正确。
13、答案：(1)B　
(2)远大于
(3)0.30
(4)①图线如图所示　②A
解析：(1)探究加速度、力与质量的关系实验要采用控制变量法,故B正确,A、C、D错误。
(2)平衡摩擦力后,当小车质量远大于砂和砂桶的质量时,可以认为小车受到的拉力近似等于砂和砂桶的重力。
(3)由于每5个点取1个计数点,则相邻计数点间的时间间隔为T=0.02×5 s=0.1 s,由逐差法计算加速度为a==×10-2 m/s2=0.30 m/s2。
(4)①由于小车的质量远大于砂和砂桶的总质量,故小车所受的拉力近似等于砂和砂桶的总重力,根据表中数据在坐标系内描出对应点,然后作出a-F图线如图所示
②由a-F图线可知,图线在F轴上有截距,说明小车受到的拉力达到一定值时才能产生加速度,这是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的,故A正确,B、C错误。
14、 答案：(1)甲、乙、丙
(2)甲
(3)CBA
(4)mg
解析：(1)本实验探究当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力的关系,所以甲、乙、丙三个实验都需要平衡摩擦力。
(2)乙和丙实验中绳子的拉力可以由力传感器和弹簧测力计直接得到,不需要用重物的重力大小代替,所以乙、丙两组实验不需要满足M m,而甲组实验用重物的重力大小代替绳子的拉力大小,要满足M m。
(3)甲组实验用重物的重力大小代替绳子的拉力大小,要满足M m,随着m的增大,不满足M m时,a-F图像出现弯曲,所以甲组实验对应的是C。根据装置可知,丙图中小车受到的拉力大于弹簧测力计的示数,乙图中小车受到的拉力等于力传感器的示数,当F相等时,乙组实验的加速度小,所以乙组实验对应B,丙组实验对应A。
(4)丁实验中,小车匀速运动时,其受到的沿斜面向下的合力大小等于钩码的重力大小,故小车加速下滑时受到的合力F=mg。
15、 答案：(1)取下　距离相等
(2)0.20 m/s2
(3)100　10
(4)小
解析：(1)系统受到的阻力包括木板对小车的阻力和限位孔对纸带的阻力,故要取下钩码,小车拖着纸带运动时平衡摩擦力,具体方法是:把木板上安装打点计时器的一端慢慢垫高,轻推小车,直至纸带上打出的点的距离相等为止。
(2)利用逐差法,可得小车的加速度为a== m/s2=0.20 m/s2。
(3)本实验中将钩码的重力大小近似看作小车和砝码受到的合外力,设钩码质量为m0,将小车、砝码视为整体,有m0g=(M+nm)a,整理得=·n+,可知在-n图像中,图线斜率k==1 s2/(m·个),纵轴截距b==1 s2/m,代入数据解得M=100 g,m0=10 g。
(4)小车上放入砝码越多,小车和砝码的总质量越大,与钩码的质量相差越大,绳子上的拉力越接近钩码的重力,误差越小。
16、答案：(1) (2)
(3)BD
(4)没有平衡摩擦力或是平衡不足
解析：(1)根据匀变速直线运动的规律可知,一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,则小车通过光电门时的速度v=。
(2)小车通过光电门A、B的速度分别为vA=,vB=,根据匀变速直线运动的规律可得-=2aL,解得加速度a=。
(3)增大小车的质量,加速度变小,加速度a的测量可能出现更大误差,故A不符合题意;适当减小遮光条的宽度d,使小车通过光电门的速度测量值更加准确,加速度的测量更加准确,故B符合题意;适当减小砝码和砝码盘的总质量m,对加速度a的测量没有影响,故C不符合题意;适当增大两光电门间的距离L,可以减小加速度测量的偶然误差,故D符合题意。
(4)a-图线不经过坐标原点O,其原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。