5.2科学探究：加速度与力、质量的关系基础巩固-2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册（word含答案）

5.2科学探究：加速度与力、质量的关系基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第一册
一、选择题（共15题）
1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验的准备阶段，在小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度. 这样做的目的是
A．测量小车运动的加速度 B．平衡摩擦力
C．测量小车运动的速度 D．测量木板倾斜的角度
2．下列说法中不正确的是（ ）
A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫理想模型法
B．在推导匀变速运动位移公式时，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．牛顿在研究运动和力的关系时，提出了著名的理想斜面实验．该实验运用了理想实验法
D．在探究加速度、力、质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，该实验运用了控制变量法
3．某同学在“验证牛顿运动定律”的实验中，保持小车所受拉力F的大小不变，改变小车的质量m，得到了不同m时的加速度大小a，并绘出了a﹣的图像，如图所示。图像的斜率表示（　　）
A．a B．F C．m D．
4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，探究加速度a与质量M的关系时，没有注意始终满足M远大于m的条件（m为槽码的质量），结果得到的图像应是（　　）
A． B．
C． D．
5．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．
6．一小车在牵引力作用下在水平面上做匀速直线运动，某时刻起，牵引力逐渐减小直到为零，在此过程中小车仍沿原来运动方向运动，则此过程中，小车的加速度
A．保持不变 B．逐渐减小，方向与运动方向相同
C．逐渐增大，方向与运动方向相同 D．逐渐增大，方向与运动方向相反
7．某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验，如图所示是他正要释放小车时的情形，对此另一同学提出了实验应改进的几点建议，其中合理的是（ ）
①应把长木板的右端适当垫高，以平衡摩擦阻力
②应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行
③应将打点计时器接在直流电源上
④应使小车离打点计时器远些
A．①② B．①④ C．②③ D．①②④
8．为了“探究加速度与力、质量的关系”，为了消除小车与水平木板之间的摩擦力的影响应采取的做法是（）
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C．将木板不带滑轮一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D．将木板不带滑轮一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
9．如图所示为“用DIS实验研究加速度与质量的关系”实验装置．关于小车和钩码的质量，正确的操作是( )
A．小车和钩码的质量都要改变
B．要控制小车和钩码的质量都不变
C．要控制小车的质量不变，改变钩码的质量
D．要控制钩码的质量不变，改变小车的质量
10．实验探究加速度与力、质量的定量关系，下列认识正确的是(　　)
A．F、M和a三个物理量都有直接测量的工具
B．实验时为消除摩擦力对小车运动的影响，要将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来
C．实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小
D．根据实验数据，得到的F不变时的a－M图象是过原点的倾斜直线
11．下列关于物理学思想方法的叙述错误的是（　　）
A．探究加速度与力和质量关系的实验运用了控制变量法
B．玻璃瓶内装满水，用穿有透明细管的橡皮泥封口。手捏玻璃瓶，细管内液面高度变化，说明玻璃瓶发生形变，该实验采用放大的思想
C．力学中将物体看成质点运用了理想化模型法
D．当物体的运动时间Δt趋近于0时，Δt时间内的平均速度可看成瞬时速度运用了等效替代的思想
12．图甲是用来探究加速度和合力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，并排放在水平光滑板上，前端各系一条细绳，细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止运动。下列说法正确的是（　　）
A．实验中应使小车质量不同、砝码质量相同
B．实验中必须用到的测量仪器是秒表、刻度尺、天平
C．若将水平光滑板换为水平粗糙板、不会影响实验探究的结果
D．若小盘和砝码的总质量远小于小车质量，则小盘和砝码的重力近似等于绳的拉力
13．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，用该装置研究小车的加速度a与质量M的关系时，下列说法中正确的是（　　）
A．实验时，应先释放小车，再接通电源
B．打点计时器应接在学生电源的直流输出端
C．实验中，应注意调整滑轮高度使绳子与长木板表面平行
D．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断两者间的关系，作出a -M图像
14．某同学研究“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受力的关系”的实验，根据数据画出a﹣F图象如图所示，该同学在实验中出现的问题可能是（　　）
A．摩擦力没有平衡 B．长木板的倾斜角过大
C．小车的质量发生了变化 D．绳子拉力方向没有与长木板平行
15．为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为钩码的质量，为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于实验操作需要进行的是（　　）
A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力
B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力
C．所挂钩码的质量尽量大一些
D．所挂钩码的质量尽量小一些
二、填空题（共4题）
16．在探究物理有关问题时，会采用一些研究方法。在研究力的合成时，采用了_________研究方法；在研究加速度与力和质量的关系时，采用了_________研究方法。
17．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：
(1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持______不变，分别改变施加在物体上的力F，测出相对应的加速度a。
(2)本实验采用的探究方法是______（填字母序号）
A．转换法B、类比法C．控制变量法D．等效替换法
18．在探究加速度与力、质量的关系的实验中：
（一）实验思路——控制变量法
（1）探究加速度与力的关系
保持小车___________不变，通过改变___________改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与___________的定量关系。
（2）探究加速度与质量的关系
保持小车所受的___________不变，通过在小车上___________改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与___________的定量关系。
（二） 物理量的测量
（1）质量的测量：用天平测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量。
（2）加速度的测量
a.方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用___________测量小车移动的位移x，用___________测量发生这段位移所用的时间t，然后由计算出加速度a。
b.方法2：由纸带根据公式，结合逐差法计算出小车的加速度。
c.方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则，把加速度的测量转换成___________的测量。
（3）力的测量
在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力。
a.在槽码的质量比小车的质量___________时，可认为小车所受的拉力近似等于___________。
b.使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量。
（三）实验器材
小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、______、纸带、______、______．
（四）实验步骤（以参考案例1为例）
（1）用___________测出小车的质量m，并把数值记录下来。
（2）按如图所示的装置把实验器材安装好（小车上先不系细线）。
（3）补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持___________运动为止（纸带上相邻点间距相等），此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。
（4）把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码。保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力。处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中。
表1　小车质量一定
拉力F/N
加速度a/（m·s-2）
（5）保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。
表2　小车所受的拉力一定
质量m/kg
加速度a/（m·s-2）
（五） 数据分析
（1）分析加速度a与力F的定量关系
由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-F图像，如图2所示，若图像是一条___________，就能说明a与F成正比。
（2）分析加速度a与质量m的定量关系
由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-图像，如图3所示。若a-图像是一条过原点的直线，说明a与成___________，即a与m成___________。
（3）实验结论
a.保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成___________。
b.保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成___________。
（六）注意事项
（1）打点前小车应___________打点计时器且应先___________后___________。
（2）在补偿阻力时，___________（选填“要”或“不要”）悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔___________，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。
（3）改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量___________小车的质量。
（4）作图时应使所作的___________通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去。
三、实验题（共4题）
19．某同学采用如图所示的装置验证规律“物体质量一定，其加速度与所受合力成正比”．
a.按图把实验器材安装好，不挂配重，反复移动垫木直到小车做匀速直线运动；
b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂配重，接通电源，放开小车，打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号；
c.保持小车的质量M不变，多次改变配重的质量m，再重复步骤b；
d.算出每条纸带对应的加速度的值；
e.用纵坐标表示加速度a，横坐标表示配重受的重力mg（作为小车受到的合力F），作出a－F图象．
（1）在步骤d中，该同学是采用v－t图象来求加速度的．图1为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的3个计数点，依次为B、C、D，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出．打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上．打点计时器打C点时，小车的速度为_____________m/s；
（2）其余各点的速度都标在了v－t坐标系中，如图5所示．t=0.10s时，打点计时器恰好打B点．请你将（1）问中所得结果标在图2所示的坐标系中，并作出小车运动的v－t图线；利用图线求出小车此次运动的加速度a =________________m/s2；
（3）最终该同学所得小车运动的a－F图线如图3所示，从图中我们看出图线是一条经过原点的直线．根据图线可以确定下列说法中不正确的是______________
A．本实验中小车质量一定时，其加速度与所受合力成正比
B．小车的加速度可能大于重力加速度g
C．可以确定小车的质量约为0.50kg
D．实验中配重的质量m远小于小车的质量M
三、综合题（共4题）
20．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？
21．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．
22．关于“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验，试设计一个不需测量加速度a具体数值的实验方案。
23．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： ）
参考答案
1．B
2．C
3．B
4．D
5．C
6．D
7．A
8．C
9．D
10．C
11．D
12．D
13．C
14．B
15．A
16．等效替代 控制变量
17．质量 C
18．质量 槽码的个数 拉力 拉力 增加重物 质量 毫米刻度尺 打点计时器 长度 小得多 槽码的重力 交流电源 刻度尺 天平 天平 匀速直线 过原点的直线 正比 反比 正比 反比 靠近 启动打点计时器 释放小车 不要 均匀 远小于 直线
19．0.44 1.0 B
在v-t图象中，图线的斜率表示加速度，则；
（3）由图线可得：F与a成正比，故A正确；对整体，根据牛顿第二定律得：小车的加速度为，所以加速度不可能大于g，故B错误；对小车，根据牛顿第二定律得：F=Ma，变形得：，故图线的斜率，解得：M=0.5kg，故C正确；因为图线是过原点的直线，故满足配重的质量m远小于
20．不需要，
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。
21．（1） ；（2） ；（3）
22．
根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式可知，在t相等时有
故可让两个小车同时做初速度为零的匀加速直线运动，通过其位移比即可知其加速度之比，将对加速度的测量转化为对位移x的测量。
23．
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