5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 同步练习（含答案）

第5章第2节 科学探究：加速度与力、质量的关系
1.某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
(1)下列做法正确的是________(填字母代号)
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套上图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到右图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙．(选填“大于”“小于”或“等于”)
2.右图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图．
(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动．如果打出的纸带如下图所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的
倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．
(2)右图为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________．
3. “探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图所示。
（1）在平衡摩擦力后，挂上砝码盘，打出了一条纸带如图所示，计时器打点的时间间隔为0.02 s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离（图中已标出），该小车的加速度a＝________ m/s2。（结果保留两位有效数字）
（2）平衡摩擦力后，将5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，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F/N
0
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a/m·s－2
0.21
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
某同学根据上面表格中的实验数据在坐标纸上作出a－F的关系图象，发现图线不通过坐标原点，请说明主要原因是什么？
4.某实验小组利用图1的装置探究加速度与力、质量的关系。
①下列做法正确的是________（填字母代号）
A. 调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B. 在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上
C. 实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D. 通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上硅码的总质量（填远大于，远小于，或近似于）
③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图2中甲、乙两条直线?设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲，μ乙，由图可知，m甲______m乙，?μ甲________μ乙（填“大于”、“小于”或“等于”）
5. 在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如图所示的实验装置，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。
（1）当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。
（2）某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是________
A. 平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C. 实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D. 用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝求出
（3）另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a-F关系图象分别如图1和图2所示，其原因分别是：
　　　　　 图1　　 　　　 图2
图1：____________________________________________________；
图2：_____________________________________________________。
6. 某小组“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如下图，长木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。
（1）该小组研究加速度和拉力关系时，得到的图象将会是图
（2）下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a＝ m/s2（保留三位有效数字）。
（3）某同学在研究加速度和质量关系时，记录下如下数据，请在下面的坐标纸中选择合理的坐标，描出相关图线，并可以由图线得到实验结论： 。
次数
1
2
3
4
5
质量m/g
200
300
400
500
600
加速度a/m˙s－2
1.00
0.67
0.50
0.40
0.33
参考答案
1.【解析】　(1)探究加速度与力、质量的关系时，牵引木块的细绳应与长木板平行；平衡摩擦力时应不挂砝码桶；对于打点计时器，应先接通电源，再放开木块；平衡摩擦力后，改变木块上砝码的质量，不需要重新平衡摩擦力．选项A、D正确，选项B、C错误．
(2)对于系统，根据牛顿第二定律，有a＝，牵引小车的拉力F＝Ma＝.要使F＝mg，则M≈M＋m，即要求m?M.
(3)对于木块，根据牛顿第二定律，得a＝＝－μg，故a-F图象的斜率反映了木块质量的倒数．有>，所以m甲μ乙．
【答案】　(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于
2.【解析】　(1)平衡小车所受阻力时，需要将砝码取下；题图纸带反映了小车在做加速运动，即垫木垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带打出的点迹均匀为止．
(2)当小车上的砝码为零时，小车加速度为a0＝，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝；图中直线的函数关系式为＝km＋b，根据牛顿第二定律F＝(m＋M)a，可解得：F＝，M＝
【答案】(1)砝码 ， 减小 ，均匀 (2) F＝， M＝
3.（1）0.17 m/s2　（2）未计入砝码盘的重力
解析：（1）根据纸带上的计数点之间的数据，运用逐差法可以求得加速度：
（2）根据表格中的数据，当砝码盘中的砝码总重力为0时，小车依然有加速度，说明砝码盘自身的重力没有计入合外力，所以图线不通过原点。
【答案】　(1)砝码　减小　间隔相等(均匀)　(2)　
4.解析：①A. 调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；
B. 在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂“重物”，故B选项错误；??
C. 打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后
释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器，故C选项错误；?
D. 平衡摩擦力后，有mgsinθ＝μmgcosθ，即μ＝tanθ，与质量无关，故通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故D正确。
②按照教材上的理论若以砝码桶及砝码作为小木块的外力，则有，而实际实验过程中砝码桶及砝码也与小木块一起做匀加速运动，即对砝码桶及砝码有mg－T＝ma，对小木块有T＝Ma. 综上有：小物块的实际的加速度为，只有当时，才能有效的保证实验的准确性；
③当没有平衡摩擦力时有：T－f＝ma，故，即图线斜率为，纵轴截距的大小为μg，观察图线可知m甲小于m乙，μ甲大于μ乙
【答案】 ①AD；②远小于；③小于，大于
5. 解析：（1）当悬挂重物总质量m运动小于小车质量M时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于悬挂重物的总重力。
（2）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；实验时，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，故C错误；小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a＝求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，故D错误。
（3）图1中当盘及盘中砝码质量较大时，a－F图象发生弯曲，这是由于没有保证小车质量远大于盘及盘中砝码质量造成的；图2中直线没过原点，当F≠0时，a＝0，也就是说当绳子上有拉力时，小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消。该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足这个步骤，即倾角过小。
【答案】（1）m<6.
6.解析：（1）由于没有平衡摩擦力，所以当存在拉力F时，物体的加速度为零，应该选B；
（2）根据△x＝aT2得，运用逐差法有
＝0.500m/s2
（3）根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出图象，如图所示。
【答案】（1）B；（2）0.500；（3）如下图所示；在外力一定的情况下，物体加速度与质量成反比