2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册5.2科学探究：加速度与力、质量的关系 同步练习(Word版含答案)

5.2科学探究：加速度与力、质量的关系
一、单选题
1．用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。下列说法正确的是（　　）
A．本实验采用了控制变量法
B．打点计时器可以使用直流电源
C．实验时应先释放小车，后接通电源
D．本实验可以不平衡摩擦力
2．如图甲为用DIS（拉力传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系的实验装置，图乙为根据测得的多组数据画出的关系图线。对于该实验下列说法正确的是（　　）
A．小车受到的拉力等于钩码的重力
B．钩码的质量必须远小于小车的质量
C．该实验必须保持钩码的质量不变
D．乙图中直线未过原点的原因是补偿阻力时轨道右端垫得过高
3．如图甲所示为某同学研究物体加速度与力和质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌面上，前端各系一条轻细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，闭合夹子，两小车同时停止运动。实验中平衡摩擦力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车中的砝码来改变小车的总质量。该同学记录的实验数据如下表所示，则下列说法中错误的是（　　）
实验次数 小车1总质量 小车2总质量 小车1受合力 小车2受合力 小车1位移 小车2位移
1 250 250 0.10 0.20 20.1 39.8
2 250 250 0.10 0.30 15.2 44.5
3 250 250 0.20 0.30 19.8 30.8
4 250 500 0.10 0.10 20.0 39.7
5 300 400 0.10 0.10 20.3 15.1
6 300 500 0.10 0.10 30.0 18.0
A．研究小车的加速度与合外力的关系可以利用1、3、5三次实验数据
B．通过对表中数据的分析，可以判断出第4次实验数据的记录存在错误
C．研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用2、4、6三次实验数据
D．对于“合外力相同的情况下，小车质量越大，小车的加速度越小”的结论，可以由第1次实验中小车1的位移数据和第6次实验中小车2的位移数据进行比较得出
4．下列器材中，“探究求合力的方法”和“探究加速度和力、质量的关系”实验都需要用到的是______（填写字母）
A． B．
C． D．
5．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．打点计时器应使用低压直流电源
B．先接通电源，再释放小车
C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处
D．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力
6．小明和小华在实验室探究加速度与力质量的关系，他俩各自独立设计了如图甲、乙所示的实验装置，小车总质量用M表示，（甲图中传感器的质量可以忽略）钩码总质量用m表示。为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是（ ）
A．两组实验中只有甲需要平衡摩擦力
B．两组实验都需要平衡摩擦力
C．两组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于总质量M的条件
D．两组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于总质量M的条件
7．在探究“加速度与物体受力的关系”实验中,我们首先保持砝码质量不变研究小车质量和加速度的关系,再保持小车质量不变研究砝码和加速度的关系最终得到 F = ma ,从科学研究的方法来说,这属于( )
A．等效替代 B．控制变量
C．科学假说 D．数学归纳
8．某同学在做“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不带滑轮的一端垫得过高，使得木板倾角偏大.则他所得到的图线是下列图中的（是小车的加速度，是细线作用于小车上的拉力）
A． B． C． D．
9．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，在研究小车的加速度和小车的质量的关系时，由于没有始终满足（为砝码盘及砝码的质量）的条件，结果得到的图像应是下列图中的（ ）
A． B．
C． D．
10．如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，若小车的质量是120g，则砝码盘及砝码的质量最好选择哪个？
A．10g B．50g C．100g D．1kg
11．如图所示，A、B两条直线是在A、B两地分别用竖直向上的力F拉质量分别为mA和mB的两个物体得出的加速度a与力F之间的关系图线，分析图线可知（ ）　　　
①比较两地的重力加速度，有gA＞gB
②比较两物体的质量，有mA＜mB
③比较两地的重力加速度，有gA＝gB
④比较两物体的质量，有mA＞mB
A．③④ B．①②
C．①④ D．②③
12．在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用控制变量法，当物体质量m不变时，测量物体加速度a与合外力F的关系，下图是两组实验得到的结果，下列说法正确的是（　　）
A．直线的斜率表示物体的质量m
B．加速度a与质量m成正比
C．加速度a与合外力F成反比
D．直线的斜率表示物体质量的倒数
13．用图所示装置做“验证牛顿运动定律”的实验，在平衡摩擦力的过程中，下列操作正确的是
A．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上匀速运动
B．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动
C．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上静止
D．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上静止
14．利用图示装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（　　）
A．打点计时器应固定在靠近定滑轮的位置
B．需要用天平测出小车的质量
C．平衡摩擦力时，应将砝码盘用细绳系在小车上
D．小车加速运动时，细绳对小车的拉力等于砝码和砝码盘的总重力
二、实验题
15．“探究加速度与质量、合外力的关系”的实验装置如图甲所示。一共有9个砝码，砝码盘和每个砝码的质量均为20g。
（1）在平衡小车与板面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出各计数点与第一个计数点间的距离。计时器打点频率为，则该小车的加速度___________，打点计时器打下计数点4时小车的速度大小________（结果均保留两位有效数字）。
（2）调整装置平衡摩擦力后，将9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，砝码盘和其中砝码的总重力记为F，测出小车对应的加速度a，根据前5次实验数据作出关系图像如图丙，则小车的质量为_______（结果保留2位有效数字）。
（3）假设继续将小车上的剩余4个砝码依次添加到砝码盘里，作出关系图像可能是_________。（单选，填正确答案标号）
A． B． C． D．
16．某组同学用如图甲所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。
（1）下列措施中正确的是（______）
A．首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力。
B．平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动。
C．每次改变拉小车拉力后都需要重新平衡摩擦力
D．实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
E. 实验中把砝码和砝码盘的总重力的大小作为小车所受合外力的大小，需使小车质量远小于砝码和砝码盘的总质量
（2）某组同学实验得出数据，画出a F图象如图乙所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是（_______）
A．实验中摩擦力没有平衡 B．实验中摩擦力平衡过度
C．实验中绳子拉力方向没有跟平板平行 D．实验中小车质量发生变化。
（3）打点记时器打出的一条纸带中的某段如图所示，已知A，B，C ……相邻两点间的时间间隔均为0.10 s，从图中给定的长度，求得打下C点时小车的速度大小为vC=__________m/s,小车的加速度大小为a=__________m/s2（结果均保留两位有效数字）
17．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_____________远小于小车质量。（填“需要”或“不需要”）
（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50Hz，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，图丙图像中最符合本实验实际情况的是__________。
18．光电计时器是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲如示a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图乙所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系的实验”，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门（与之连接的两上光电计时器没有画出）。小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2。
（1）用游标卡尺测量窄片K的宽度d（已知l>>d），光电门1，2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1、t2。则窄片K通过光电门1的速度表达式v1=______。
（2）用米尺测量两光电门间距为l，则小车的加速度表达式a=______。（用题中所给字母表示）
（3）实验中，甲同学用把远离定滑轮一侧垫高的方法来平衡摩擦力，通过测量，他把砂和砂桶的重力当作小车的合外力F，作出a-F图线，如图丙中的实线所示。试分析：图线不通过坐标原点O的原因是______；曲线上部弯曲的原因______。
试卷第2页，共2页
试卷第1页，共3页
参考答案
1．A
【详解】
A．本实验中通过控制质量不变，探究加速度与力的关系，再通过控制力不变，探究加速度与质量的关系，所以采用的实验方法是控制变量法，故A正确；
B．打点计时器必须使用交流电源，故B错误；
C．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通电源，再释放小车，故C错误；
D．本实验中为使小车所受合外力等于细线的拉力，必须平衡摩擦力，故D错误。
故选A。
2．D
【详解】
A．钩码加速向下运动时处于失重状态，此时小车受到的拉力小于钩码的重力，选项A错误；
B．由于有力传感器测量拉力，则不需要钩码的质量必须远小于小车的质量，选项B错误；
C．实验中研究小车受的力和加速度的关系，则该实验必须保持小车的质量不变，选项C错误；
D．乙图可知，当F=0时加速度不为零，可知直线未过原点的原因是补偿阻力时轨道右端垫得过高，平衡摩擦力过头造成的，选项D正确。
故选D。
3．ACD
【详解】
A．研究小车的加速度与合外力的关系必须使小车的质量不变，符合条件的是实验1、2、3次，故A错误，符合题意；
B．第4次实验，合外力均为0.1N，质量之比为1：2，但加速度之比为等于1：2，正确的是2：1。第4次实验数据的记录存在错误，故B正确，不符合题意；
C．研究小车的加速度与小车总质量的关系必须使拉力相同，符合条件的是实验4、5、6次，故C错误，符合题意；
D．合外力相同的情况下，小车质量越大，小车的加速度越小，这两组数据合外力均是0.1N，质量之比为1：2，但加速度之比接近于1：1，所以不能说明质量越大，加速度越小，故D错误，符合题意。
故选ACD。
4．B
【详解】
[1]．A．弹簧秤只在“探究求合力的方法”实验中用到，选项Ａ错误；
B．“探究求合力的方法”和“探究加速度和力、质量的关系”实验都需要用到的是刻度尺，故选项B正确.
CD．打点计时器和钩码只在“探究加速度和力、质量的关系”实验中用到，选项CD错误。
5．B
【详解】
A．打点计时器应使用交流电源，故A错误；
B．实验中要先接通电源，然后释放小车，故B正确；
C．接好纸带的小车应停在靠近打点计时器处，纸带上可以得到较多的点，故C错误；
D．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
AB．为了减小误差，两组实验均需要平衡摩擦力，故A错误，B正确；
CD．甲图中小车受到的拉力可由传感器读出，乙图中拉小车的力可有测力计读出，故都不需要钩码的总质量m远小于小车的总质量M，故CD错误。
故选B。
7．B
【详解】
在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，即“先保持砝码质量不变研究小车质量和加速度的关系，再保持小车质量不变研究砝码和加速度的关系”。故ACD错误，B正确；
8．C
【详解】
当长木板倾角过大时，有，这时，即使不悬挂带砝码的小盘，小车也会产生加速度，由此可判断图像C正确。
A．与结论不相符，选项A错误；
B．与结论不相符，选项B错误；
C．与结论相符，选项C正确；
D．与结论不相符，选项D错误；
9．D
【详解】
本实验中小车的加速度
，
在研究加速度与质量的关系时，保持不变，由上式可知加速度与系统的质量成反比．如果横轴表示，则图像应是过坐标原点的直线，现将变形得
由此式可知，前面的系数和有关，在改变时会发生变化，它并不是常数，因此和不是正比关系，随着的增大，式中前面的系数会减小，因此图线偏离直线向下弯曲。但在时，，正比，所以在较大时（较小）图线近似为直线，故选D。
10．A
【详解】
在“探究加速度与力、质量的关系”，实验中，砝码盘及砝码的质量越小，误差越小，所以砝码盘及砝码的质量最好选择小的．
A. 10g最小，所以A正确；
B. 50g不是最小，所以B错误；
C. 100g不是最小，所以C错误；
D. 1kg不是最小，所以D错误；
11．D
【详解】
物体受拉力和重力，根据牛顿第二定律
F－mg＝ma
解得
a＝－g
可知a－F图象中斜率表示，由图可知A的斜率大于B的斜率，所以mA＜mB，根据图象纵轴截距的绝对值表示当地的重力加速度，所以gA＝gB，故选项D符合题意，选项ABC不合题意．
12．D
【详解】
AD．根据
F=ma
可得，可知a-F图象是一条过原点的直线，直线的斜率为，即斜率的倒数等于物体的质量，故A错误，D正确；
BC．物体的加速度与作用力成正比，与质量成反比，故BC错误。
故选D。
13．B
【详解】
在平衡摩擦力时不应挂砂桶，但是要挂纸带，调节斜面的倾角，即移动木块，给小车一个初速度，使小车做匀速直线运动即可，故选项B正确，A、C、D错误．
14．B
【分析】
本题考查探究加速度与作用力和质量的关系的操作过程，由于是采用的控制变量法，而改变力是通过改变钩码的重力，而改变小车的质量均是要测质量的。
【详解】
A．若打点计时器固定在滑轮的位置，则滑轮就没有运动的空间，故A错误；
B．当拉力一定时，改变小车的质量，测量加速度，所以小车质量是必测的，故B正确；
C．平衡摩擦力时应将砝码及盘均取下，垫高平板的一端让小车恰能在斜板上做匀速直线运动，故C错误；
D．小车加速，同样砝码也向下做加速运动，属失重，绳子拉力小于砝码的重力，故D错误。
故选B。
15．0.30 0.43 0.80 A
【详解】
（1）由题意可知纸带上相邻计数点的时间间隔
计算可得
由
可得
由中间时刻瞬时速度等于该过程的平均速度得计数点3的瞬时速度为
小车做均加速直线运动，则计数点4时小车的速度
（2）以砝码和砝码盘为研究对象，则有
以小车为研究对象则有
联立可得
则
由丙图知斜率为
则
代入数据得
（3）由
可知为常数，故关系图像的斜率不变，故A正确，BCD错误。
16．AD B 1.1 4.0
【详解】
（1）A. 首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力，选项A正确。
B. 平衡摩擦力的方法就是，抬高木板不带滑轮的一端，让小车拖着纸带在木板上匀速下滑，选项B错误；
C. 每次改变拉小车拉力后不需要重新平衡摩擦力，选项C错误；
D. 实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，选项D正确；
E. 对整体，根据牛顿第二定律可得
mg=（M+m）a
对小车根据牛顿第二定律可得
当m＜＜M时，砝码和砝码盘的总重力的大小才等于小车所受合外力的大小，则实验时需使小车质量远大于砝码和砝码盘的总质量，选项E错误。
故选AD。
（2）由a F图象可知，当F=0时，小车已经有了加速度，那么该组同学实验中出现的问题可能是实验中木板抬的过高了，摩擦力平衡过度，故选B；
（3）打下C点时小车的速度大小为
因为
小车的加速度大小为
17．不需要 0.75 B
【详解】
（1）由图可知，弹簧测力计的读数为小车所受合外力，则并不需要钩码的质量远小于小车的质量；
（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
由题意知，打点周期为
解得
（3）由题意可知，小车的加速度与弹簧测力计的示数F的关系应该是呈线性关系，实验存在阻力，即是不过原点的一条倾斜直线，故B选项符合。
18． 平衡摩擦力时木板倾角太大 没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量
【详解】
（1）窄片K通过光电门1的速度表达式
（2）窄片K通过光电门2的速度表达式
根据
可得加速度
（3）由图像可知，当F=0时加速度不为零，可知图线不通过坐标原点O的原因是平衡摩擦力时木板倾角太大；只有当砂和砂桶的重力远小于小车的重力时才能把砂和砂桶的重力当作小车的合外力F，当随着砂和砂桶的重力逐渐增加，不满足上述关系时，图像就要出现弯曲，即曲线上部弯曲的原因是没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量。答案第1页，共2页
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