2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 同步练习（word版含答案）

2　实验：探究加速度与力、质量的关系 同步练习
1．(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法正确的是(　　)
A．在补偿阻力时，应将槽码通过定滑轮用细绳拴在小车上
B．连接槽码和小车的细绳应与长木板平行
C．补偿阻力后，长木板的位置不能移动，每次改变小车质量时，应重新补偿阻力
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源，再释放小车
2.如图是某些同学根据实验数据画出的图像,下列说法中正确的是(　　)
A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
3．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图2所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上由打点计时器打出的点计算出．
图2
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的总重力．
(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系，以下做法正确的是________．
A．补偿阻力，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新补偿阻力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于补偿阻力时操作不当，两位同学得到的a－F关系图像分别如图甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)，其原因分别是：
甲图：________________________________________________________________________；
乙图：________________________________________________________________________.
4.用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下:
A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量
B.按图示安装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶
D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量
E.保持小桶及内部砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验
F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值
G.作a -M关系图像,并由图像确定a与M的关系
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是　　　　　　　　,该步骤应排在　　　　步实验之后。
(2)在上述步骤中,有错误的是　　　　　　　,应把　　　　　　　　　　改为　　　　　　　　　　。
(3)在上述步骤中,处理不恰当的是　　　　,应把　　　　改为　　　　。
5.、同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m的关系”的实验，图5所示为实验装置简图(交流电源的频率为50 Hz)．
(1)图6所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2.(结果保留两位有效数字)
图6
(2)保持沙和沙桶的质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表．
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
小车加速度a/(m·s－2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
/kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60
请在图7甲所示的坐标纸中画出a－图线，由图线可得小车的加速度a与质量的倒数之间的关系式为________________．
图7
(3)保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图乙所示．该图线不通过原点，其主要原因是________________________．
6.为了探究加速度与力的关系，使用如图8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，当滑块通过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，滑块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，两光电门间的距离为x，牵引槽码的质量为m，回答下列问题：
图8
(1)实验开始前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，如何判定调节是否到位？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)若取M＝0.4 kg，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＝5 g B．m2＝15 g
C．m3＝40 g D．m4＝400 g
(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度a的表达式为________________．(用Δt1、Δt2、D、x表示)
2　实验：探究加速度与力、质量的关系 同步练习答案
1.答案　BD
解析　在补偿阻力时，应将细绳从小车上拿去，垫高长木板远离滑轮的一端，让小车的重力沿木板方向的分力与小车受到的阻力平衡，故A错误；若连接槽码和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子拉力的一个分力等于小车所受的外力，这样导致误差增大，故B正确；补偿阻力后长木板的位置不能移动，但每次改变小车的质量时，小车的重力沿木板方向的分力和小车受到的阻力仍能抵消，不需要重新补偿阻力，故C错误；实验时，若先放开小车，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，而且刚接通电源时打点不稳定，因此要求小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源，再释放小车，故D正确．
2.【解析】选A、D。题图甲当F=0时,小车就有了加速度,可见是长木板倾角过大。题图乙中,纵轴截距为正,故使小车运动的动力除F外还有其他的力,显然小车受到的重力沿板向下的分量大于小车受到的摩擦力,说明平衡摩擦力时长木板倾角过大。同理,题图丙、丁都是长木板倾角过小,故选A、D。
3.答案　(1)m M　(2)B　(3)木板的倾角过大　没有补偿阻力或补偿阻力不足
解析　(1)本实验用mg代替FT，而实际上FT要小于mg，m比M小得越多，产生的误差就越小，当m M时，才可以认为FT＝mg.
(2)补偿阻力时，应去掉盘、盘中砝码和细线，让小车能沿木板做匀速直线运动，A错误；补偿阻力后，当再次改变小车质量时，不需要再补偿阻力，B正确；实验时，要先接通打点计时器的电源，再释放小车，C错误．
(3)由题图甲可看出F＝0时，a≠0，说明木板的倾角过大，重力沿木板方向的分力大于阻力．由题图乙可看出，只有当F达到一定值时，才会有加速度，说明补偿阻力不足或未补偿阻力．
4【解析】实验中把小桶及其中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故在悬挂砂桶前必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上时不能打点,必须接在6V以下交流电压的学生电源上。作a -M关系图像,得到的是双曲线的一支,很难作出正确的判断,必须“化曲为直”,改作a -关系图像。
答案:(1)平衡摩擦力　B　(2)D　6V电压的蓄电池
6V以下交流电压的学生电源　(3)G　a -M　a -
5.答案　(1)3.2　(2)见解析图　a＝　(3)实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足
解析　(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移，因此可以用逐差法计算加速度．
已知x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm，电火花计时器的计时周期T＝＝0.02 s
由逐差法可得x3－x1＝2a1·(2T)2，x4－x2＝2a2·(2T)2
则a＝＝≈3.2 m/s2.
(2)在a－坐标系中描点连线，得到a－图线，如图所示，得a＝.
(3)由a－F图线可知，F增大到某一值时小车开始有加速度，说明实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足．
6.答案　(1)见解析　(2)D　(3)a＝
解析　(1)取下牵引槽码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引槽码，轻推滑块，数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等．
(2)在探究加速度与力的关系的实验中，当槽码的质量远小于滑块连同上面固定的挡光片的总质量时，才能近似认为槽码受到的重力等于滑块受到的拉力，故D不合适．
(3)当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间为Δt1、Δt2，对应的速度分别为v1＝、v2＝，根据v22－v12＝2ax求出加速度a＝.