高中物理教科版必修一 作业 第三章 第2节　探究加速度与力、质量的关系 Word版含解析

1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法中正确的是
(　　)

A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系
B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系
C．先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
解析：该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系．在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确．
答案：D
2．(多选)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，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
解析：小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的阻力相平衡，其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力，故A错误，B、C正确；恰好平衡摩擦力时，小车拖动纸带，不给小车提供拉力，给小车一个初速度，由打点计时器打出的纸带点迹间距应该是均匀的，故D正确．
答案：BCD
3．“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在探究加速度a和小车质量M的关系时，由于没有能够始终满足M?m(m为沙桶和沙的总质量)的条件，结果得到的a-图像应该是下图中的(　　)
解析：在本实验中，加速度a＝.在探究加速度a和小车质量M的关系时，保持沙桶和沙的总质量m不变，由上式可知，加速度a和系统的总质量(m＋M)成反比．如果横坐标表示，a-图像应该是过坐标原点的直线．现将前面的式子改写成a＝·，由此式可知，前面的系数在改变时会发生变化，它不是一个常数，因此，a和不是成正比关系，随着的增大，会减小，因此图像要向下弯曲偏离直线．但在M?m时，a≈，即a近似正比于，所以在M较大(即较小)时图像近似为直线，由以上讨论可知选项D正确．
答案：D
4．如图所示是某次利用气垫导轨“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶和砂，B为定滑轮，C为小车及里面添加的砝码，D为纸带，E为电火花打点计时器，F为蓄电池(电压为6 V)，G为开关，请指出图中的三处错误：
(1)__________________________________________________________；
(2)__________________________________________________________；
(3)__________________________________________________________．
解析：(1)B接小车的细线应水平(或与导轨平行)．
(2)C小车离打点计时器太远．
(3)F电火花打点计时器用的是220 V的交流电源，不能接蓄电池．
答案：见解析
5．下面是“探究加速度与力、质量的关系”实验步骤：
①用天平测出小车质量M和小盘质量m；
②安装好打点计时器，在小车上装好纸带；
③调整长木板的倾斜程度；
④在小盘中加入适量的砝码m1；
⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系；
⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系．
(1)步骤③的目的是_____________________________________________．
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)______________(填“远大于”“远小于”或“等于”)小车质量M.
(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是________．
解析：(1)步骤③是为了平衡掉小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力，使小车所受的合力等于小盘和砝码的重力．
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)远小于小车的质量M.
(3)该实验采用的是控制变量法．
答案：(1)平衡摩擦力　(2)远小于　(3)控制变量法
6．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6 V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．保持小桶及其中砂子的质量不变，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________步骤之后．
(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________.
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，故必须平衡摩擦力．电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下学生交流电源上．作a-M关系图像，得到的是双曲线，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)步骤D　6 V电压的蓄电池　6 V以下交流学生电源　(3)步骤G　a-M　a-
7．用如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系．
(1)某同学通过实验得到如图所示的a-F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时__________________________________________________．
图中a0表示的是________时小车的加速度．
(2)某同学得到如图所示的纸带．已知打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx＝xDG－xAD＝________cm.由此可算出小车的加速度a＝________m/s2(保留两位有效数字)．
解析：由图纵截距可知，无力就运动了，说明长木板的倾角过大；F＝0，说明未挂砂桶；位移差Δx＝xDG－xAD＝(6.50－2.60)cm－(2.60－0.50)cm＝1.80 cm；加速度a＝＝ m/s2＝5.0 m/s2.
答案：(1)长木板的倾角过大(意思对即可)　未挂砂桶
(2)1.80　5.0
8．如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与力的关系”的实验装置．
(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为________．用DIS测小车的加速度．
(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)．
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_____________________________.
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(　　)
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
解析：(1)保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合外力，用DIS测加速度．
(2)①OA段为直线，说明在质量不变的条件下，加速度与外力成正比．
②对此系统而言，当小车质量不远大于钩码总质量时，a与F不成正比，即仅C正确．
答案：(1)小车总质量　小车所受合外力
(2)①在质量不变时，加速度与外力成正比　②C
9．在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图a所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图b所示．
(1)小车与轨道间的滑动摩擦力f＝________N.
(2)从图像中分析，小车[包括位移传感器(发射器)]的质量为________kg.
(3)该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面的倾角θ调整到tan θ＝________.
解析：(1)根据图像可知，当F＝0.67 N时，小车开始有加速度，则f＝0.67 N.
(2)a -F图像的斜率表示小车[包括位移传感器(发射器)]质量的倒数，则M＝＝ kg＝ kg≈0.67 kg.
(3)为得到a与F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：
Mgsin θ＝μMgcos θ
解得tan θ＝μ，
根据f＝μMg得μ＝＝0.1
所以tan θ＝0.1.
答案：(1)0.67　(2)0.67　(3)0.1