人教版高中物理必修一 练习 第4章 牛顿运动定律4-2aWord版含解析

1．[实验过程](多选)用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．连接砂桶和小车的细绳应和长木板保持平行
B．将电火花计时器接在6 V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量……
C．在探究a与质量M的关系时，作出a-图象能更直观地判断二者间的关系
D．轻绳对小车的拉力一定等于砂桶的总重力
答案　AC
解析　细绳只有与长木板保持平行，才能使轻绳上的拉力等于小车所受的合力，A正确；电火花计时器应接在220 V交流电源上，B错误；作a-M图象，图象为一曲线，不易判断a与M的关系，故可作a-图象，可得到一条过原点的直线，能更直观地判断二者间的关系，C正确；只有小车的质量远大于砂桶的总质量，才可认为细绳对小车的拉力近似等于砂桶的总重力，D错误。
2．[实验过程]在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。下列说法中正确的是(　　)
A．垫高长木板一端，调节倾角，直到小车在托盘和砝码的拉动下做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力
B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量
C．在探究加速度a与拉力F的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a-图象
D．当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，可以近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小
答案　D
解析　做该实验需要平衡摩擦力，所以在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，让小车做匀速直线运动，托盘和砝码不能挂在小车上，故A错误；在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，故B错误；在探究加速度a与外力的关系时，为了直观地判断两者间的关系，应作出a-F图象，故C错误；当托盘和砝码的总质量远小于小车的质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力的大小，故D正确。
3．[实验图象](多选)如图是某些同学根据实验数据画出的图象，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
答案　AD
解析　图甲a-F的图象中，当F＝0时，加速度a≠0，说明平衡摩擦力时长木板倾角过大，使小车的重力沿斜面向下的分力大于摩擦力；图乙跟图甲的原因是相同的。图丙、丁是由于平衡摩擦力时长木板倾角过小，而使小车重力沿斜面向下的分力小于摩擦力。所以，A、D正确。
4．[平衡摩擦力](多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，以下操作正确的是(　　)
A．平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器
C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
D．实验时，应先放开小车，再接通电源
答案　BC
解析　平衡摩擦力时，连接小车细绳的一端不要悬挂重物，小车的另一端连着纸带并穿过打点计时器，且垫高长木板不带定滑轮的一端，接通打点计时器的电源，如果打出的纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动，故A错误；小车运动中，纸带与打点计时器之间也有摩擦，这个摩擦力也要平衡的，故B正确；每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故C正确；实验时，若先放小车，再接通打点计时器电源，纸带上打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故D错误。
5．[实验图象]如果a-图象是通过原点的一条直线，则说明(　　)
A．物体的加速度a与质量m成正比
B．物体的加速度a与质量m成反比
C．物体的质量m与加速度a成正比
D．物体的质量m与加速度a成反比
答案　B
解析　a-图象是过原点的一条直线，则a与成正比，即加速度a与质量m成反比，A错误，B正确；在该实验中采取的是控制变量法，质量为自变量，C、D错误。
6．[实验过程]如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有(　　)
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2
D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
答案　A
解析　题中m1和m2是车中砝码的质量，两小车是相同的，当m1＝m2时，即两车的总质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝at2得x1＝2x2，A正确，B错误；若m1＝2m2时，由于车的质量不确定，无法确定两车加砝码后的质量关系，也无法确定两小车加速度的关系，故无法断定两车的位移关系，C、D错误。
7．[实验过程]如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个差错：
(1)电源________________。
(2)电磁打点计时器位置________。
(3)定滑轮位置________________。
(4)小车位置________________。
(5)长木板________________________。
答案　(1)应用6 V交流电源
(2)应靠右端
(3)应使拉线水平
(4)应靠近电磁打点计时器
(5)应垫高右端平衡摩擦力
解析　探究加速度与力、质量的关系时，(1)电磁打点计时器应使用低压(6 V)交流电源；(2)打点计时器要固定在长木板无定滑轮的一端，即应靠右端；(4)释放纸带时小车应靠近打点计时器；(3)定滑轮位置处连接小车的细线应保持水平，故应调节定滑轮位置使拉线水平；(5)实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿斜面方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端平衡摩擦力。
8. [实验过程]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小桶；
D．将电磁打点计时器接在12 V电压的蓄电池上；
E．先放开小车，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；
F．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；
G．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
H．作a-M关系图象，并由图象确定a、M之间的关系。
(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________、________，应修改为________________________________________________________。
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________。
答案　(1)平衡摩擦力　B
(2)D　E　D中将“12 V电压的蓄电池”改为“6 V交流电压的学生电源”；E中将“先放开小车，再接通电源”改为“先接通电源，再放开小车”
(3)H　a-M　a-
解析　(1)实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等时，应考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力。
(2)D项中电磁打点计时器接在12 V电压的蓄电池上将无法工作，应接在6 V交流电压的学生电源上。E项实验时，应先接通电源，再放开小车。
(3)处理不当的是H项，应把作a-M关系图象改作a-关系图象。
9．[实验过程]某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系的实验，如图所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)。
(1)图乙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(保留两位有效数字)。
(2)保持砂和砂桶质量不变，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：
请画出a-图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是________。
(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，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，如图所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是_______________________________。
答案　(1)3.2
(2)图见解析　a＝
(3)实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力
解析　(1)用逐差法计算加速度。由纸带上的数据可知：x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm。电火花计时器的打点周期为T＝0.02 s，故加速度 a＝≈3.2 m/s2。
(2)根据题目提供的小车加速度a与的有关数据，可在坐标系中描出8个对应点，用一条直线“连接”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，得到的a-图线如图所示，由图可得a＝。
(3)由图可分析，当加速度a为零时，拉力F并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力。
10．[实验综合]研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系，该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为力传感器(测绳子的拉力)，P为小桶(内有砂子)，M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板，不计绳子与滑轮间的摩擦。
(1)要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还需要的实验仪器是________(填“刻度尺”“天平”或“秒表”)。
(2)平衡摩擦力后再按上述方案做实验，是否要求小桶和砂子的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)。
(3)已知交流电源的频率为50 Hz，某次实验得到的纸带如图乙所示，图中相邻两计数点之间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a＝________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
答案　(1)刻度尺　(2)否　(3)0.90
解析　(2)因为力传感器可测得小车受到的拉力，故不需要再保证实验中小桶和砂子的总质量远小于小车的质量的条件。
(3)根据a＝可求得结果。
11．[实验综合]利用力传感器研究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲。
(1)下列关于该实验的说法错误的是________。
A．做实验之前必须平衡摩擦力
B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多
C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行
D．实验开始的时候，小车最好距离打点计时器远一点
(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离，如图乙所示。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz。
从图乙中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离s1＝________ cm；该小车的加速度a＝________ m/s2。(计算结果保留两位有效数字)
(3)实验中纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连接。
答案　(1)BD　(2)0.70　0.20　(3)左
解析　(1)做实验之前必须平衡摩擦力，消除摩擦力对实验的影响，故A正确；利用力传感器研究加速度与合外力的关系，不需要满足小车的质量比所挂钩码的质量大得多这一条件，B错误；在实验之前，应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，才能使加速度的方向与细线的拉力的方向相同，C正确；实验开始的时候，小车要离打点计时器近一些，使纸带的使用率更高，D错误。
(2)A点的读数为1.00 cm，B点的读数为1.70 cm，所以A、B两点间的距离s1＝1.70 cm－1.00 cm＝0.70 cm；小车的加速度a＝＝ m/s2＝0.20 m/s2。
(3)小车做加速运动，相等时间内的位移越来越大，所以小车与纸带的左端相连。
12. [实验创新](1)验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺。
填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：
①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。
②用米尺测量A1与A2之间的距离x，则小车的加速度a＝________。
③用米尺测量A1相对于A2的高度h，设小车所受重力为mg，则小车所受的合力F＝________。
④改变________，重复上述测量。
⑤以h为横坐标，为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一规律。
(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，实验装置如图甲所示，保持小车质量一定，一位同学通过实验测量作出了小车的a-F图象，如图乙中的A图线所示。试分析：
①A图线不通过坐标原点的原因是________________________。
②A图线上部弯曲的原因是____________________________。
答案　(1)②　③mg　④斜面倾角(或斜面高度h的数值)
(2)①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足　②未满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量
解析　(1)②由x＝at2得：a＝；③小车在斜面上受重力和支持力作用，其合力F＝mgsinα＝mg；④通过改变小车所受合力来研究加速度与合力的关系，合力的改变是通过改变斜面倾角或A1点相对A2点的高度h来实现的。⑤若a∝F，即mg∝，则∝h，又g、x为常数，m一定，故以h为横坐标，为纵坐标，根据实验数据作图，如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”。
(2)①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足；②未满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量。