4.2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沪教版（2019）必修第一册（word 含答案）

4.2探究加速度与力、质量的关系基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第一册
一、选择题（共15题）
1．下列关于物理学研究方法的叙述正确的是（　　）
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运用了等效替代法
B．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中主要运用了控制变量法
C．当Δt→0时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了微元法
D．在推导匀变速直线运动的位移公式时，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，再把各小段位移相加，这里主要运用了类比法
2．在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，采用的研究方法是（　　）
A．理想实验法 B．替代法 C．控制变量法 D．类比法
3．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
4．下列关于物理的研究方法，不正确的是（　　）
A．探究加速度与力、质量关系的实验，运用的是控制变量法
B．用质点来代替有质量的物体是采用了理想模型的方法
C．牛顿首次利用合理外推，提出理想实验这一科学推理方法
D．加速度表达式是利用比值法得到的定义式
5．下列实验中，需要平衡摩擦力的有（ ）
A．用打点计时器测速度
B．探究小车速度随时间变化的规律
C．验证力的平行四边形定则
D．探究加速度与力、质量的关系
6．为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选( )
A．a－m图象 B．m－a图象
C．a－图象 D．－a图象
7．在如图所示的“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中错误的是(　　)
A．应尽量保证小车的总质量远小于砝码和砝码盘的总质量
B．应将木板右端适当垫高以平衡摩擦力
C．应保证牵引小车的细线与木板平行
D．应采用控制变量法分别研究加速度与质量及加速度与力的关系
8．“物理”二字最早出现在我国的晋朝，泛指事物之理，源于《庄子·天下》中的“判天地之美，折万物之理”。关于物理思想与方法，下列叙述不正确的是（　　）。
A．重心、合力的概念都体现了等效思想
B．用质点来代替物体的方法运用了假设法
C．伽利略理想斜面实验运用了在可靠的实验事实基础上进行合理外推的方法
D．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了控制变量法
9．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．
10．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是
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是微元法
B．在探究加速度、力和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，这里运用了假设法
C．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，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法
D．根据速度定义式，当Δt→0时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思维法
11．关于如图所示的几个实验图形，下列说法正确的是（　　）
A．甲图是卡文迪许测定引力常量的实验
B．乙图中玻璃管被抽成真空后，重的物体比轻的物体下落得快
C．丙图中砝码和砝码盘所受的总重力等于小车所受的合外力
D．丁图是伽利略说明“力不是维持物体运动状态的原因”所用的实验装
12．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是（　　）
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是微元法
B．在探究加速度、力和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，这里运用了控制变量法
C．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，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法
D．根据速度定义式，当时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度，该定义运用了理想实验法
13．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了能直观判断加速度a与质量m之间的关系，实验中应当(　　)
A．改变合外力大小，根据实验数据作出a-m图像
B．改变合外力大小，根据实验数据作出图像
C．保持合外力大小不变，根据实验数据作出a -m图像
D．保持合外力大小不变，根据实验数据作出图像
14．下列说法正确的是
A．古希腊杰出思想家亚里士多德在对待“力与运动的关系”问题上，认为“维持物体运动不需要力”
B．1638年意大利物理学家伽利略论证重物体不会比轻物体下落得快
C．因为质点没有大小，所以与几何中的点是一样的
D．在“探究牛顿第二定律”的实验时，所采用到的主要研究方法是转换法
15．以下关于物理学研究方法的叙述正确的是
A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替 物体的方法叫假设法。
B．根据速度的定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了放大思想方法。
C．在探究加速度、力和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，该探究运用了类比的思想方法。
D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程等分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里运用了微元法。
二、填空题（共4题）
16．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
17．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。
18．为了探究加速度与质量的关系，应保持力不变；为了直观地判断加速度与质量的数量关系，应作________图象（选填“”或“”）。
19．（1）做“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图（1）器材中，两个实验都要用到的是______；
（2）第1小题器材D使用的电源是______（选填“直流8V、交流8V、交流220V”）
（3）小红同学在“探究加速度与力、质量的关系”中获得的一条纸带如图所示，A、B、C、D、E、F是纸带上的6个计数点，每两个相邻计数点间均有四个点没有画出。实验所用交流电频率为50赫兹，则小车运动的加速度为______m/s2；（计算结果保留两位有效数字）
（4）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，得到如图的v-t图象，各物理量标于图中，则其加速度计算方法正确的是_______（单选）
A．a=tanθ B．a= C．以上两种方法均可
三、综合题（共4题）
20．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。
21．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？
22．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： ）
23．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．
参考答案
1．B
2．C
3．A
4．C
5．D
6．C
7．A
8．B
9．D
10．D
11．D
12．B
13．D
14．B
15．D
16．质量 C
17．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
18．
19．ABD 交流220V 0.18#0.19#0.20#0.21#0.22 B
20．(1)角度θ无须改变；(2)1：2
21．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。
22．
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
23．（1） ；（2） ；（3）