2020-2021学年新教材人教版必修第一册 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 作业
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年新教材人教版必修第一册 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 作业 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 532.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-15 06:11:13 | ||
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文档简介
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
必备知识基础练 进阶训练第一层
知识点一 实验原理
1.利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法中正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力后，长木板位置不能移动，每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．小车释放前应靠近计时器，实验时，先放开小车，后接通电源
D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响
2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是( )
3．如图所示为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是________．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动．从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是________．
A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C．M＝400 g、m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
知识点二 实验步骤、数据处理
4.探究加速度与力、质量关系的实验中，在研究小车(含砝码)的加速度a与小车(含砝码)的质量M的关系时，由于没有始终满足M?m(m为砂桶及桶中砂的总质量)的条件，结果得到的图像应是图中的哪一个( )
5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
(1)某组同学用如图甲所示的装置，采用控制变量法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车所受合力的关系．下列措施中不需要和不正确的是________．
A．首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力为细绳对小车的拉力
B．平衡摩擦力的方法是在塑料桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
C．每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力
D．实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
E．实验中应先释放小车，然后再接通打点计时器的电源
(2)根据实验得出的数据，画出a－F图像如图乙所示，正确的a－F图线应如图乙中的图线1所示，有同学作出的图线如图线2所示，其实验过程中不符合实验要求的是________，有同学作出的图线如图线3所示，其实验过程中不符合实验要求的是________．(填选项前的字母)
A．实验中未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力
B．实验中平衡摩擦力时木板垫得过高
C．实验中绳子拉力方向没有跟木板平行
D．实验中小车质量发生变化
E．实验中未满足塑料桶总质量m远小于小车总质量M的条件
关键能力综合练 进阶训练第二层
一、单项选择题
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当力一定(小盘和重物的重力不变)，探究加速度与质量的关系时，以下说法中正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将小盘和重物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．求小车运动的加速度时，可用天平测出小车的质量m和小盘与重物的总质量m0，直接用公式a＝g求出
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中符合实际的是( )
A．通过同时改变小车的质量及受到的拉力的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
二、多项选择题
3．利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的定量关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图像如图乙中的直线Ⅱ所示．直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况原因的解释正确的是( )
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
三、非选择题
4．如图所示是某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验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)打点计时器位置
________________________________________________________________________；
(3)滑轮位置
________________________________________________________________________；
(4)小车位置
________________________________________________________________________；
(5)长木板
________________________________________________________________________．
5．(探究题)某探究学习小组的同学们要探究加速度与力、质量的关系，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘，实验时，调整轨道的倾角，平衡小车所受的摩擦力(图中未画出)．
(1)该实验中小车所受的合力________(填“等于”或“不等于”)力传感器的示数，该实验________(填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
(2)实验获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，挡光板的宽度l，光电门1的中心到光电门2的中心的距离x.某次实验过程中，力传感器的读数为F，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的关系式是F＝________.
6．某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个砝码质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮轻质且光滑．实验步骤如下：
A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C．挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
D．改变钩码的数量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．
根据以上实验过程，回答以下问题：
(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．
A．钩码的质量应远小于小车的质量
B．测力计的示数等于小车所受拉力
C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D．改变钩码的数量时，一定要重新平衡摩擦力
(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，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)，若交流电的实际频率大于50 Hz，则上述计算结果与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)．
(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像如图所示，与本实验相符合的是________．
学科素养升级练 进阶训练第三层
如图所示，请利用力传感器和位移传感器，设计实验方案探究加速度a与作用力F、m之间的关系．(仪器不足的可补充)
1．实验创新思路：
(1)改进拉力的测量方法．
(2)改进加速度的测量方法．
2．实验步骤：
(1)用天平测量____________________．
(2)在轨道上放置小车并安装________，连接电路．
(3)将细线连接________，跨过定滑轮系住________．
(4)释放小车，拉力大小由________显示，加速度的大小由显示屏上小车的________测出．
(5)记录拉力T和加速度a的数据．
(6)改变小车和________的质量，测多组a、m和F的数据．
(7)分析实验数据，归纳得出结论．
3．误差分析：
(1)轨道要求：轨道应倾斜，直到____________________．
(2)槽码的质量要求：为了操作安全，槽码的质量应小些．
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
必备知识基础练
1．解析：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，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，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，同时要求开始小车要靠近打点计时器，C错误；当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车受到的拉力等于重物的重力，故D错误．
答案：B
2．解析：依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
3．解析：(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C两项错误；B项正确．
(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力．(具体原因以后学习)C项正确．
答案：(1)B (2)C
4．解析：在研究加速度与小车(含砝码)质量M的关系时，保持m不变，改变小车(含砝码)的质量M，在小车(含砝码)的质量M远大于砂桶及砂的总质量m时，即当满足M?m时，可以认为小车受到的拉力(合力)F＝mg，此时加速度a与小车(含砝码)的质量M成反比，与成正比，以为横轴，a为纵轴，则a－图像应是过原点的直线，当小车(含砝码)的质量M不满足远大于砂桶及砂的总质量m时，小车受到的拉力明显小于砂桶及砂的总重力，a－图像向下弯曲，故D正确．
答案：D
5．解析：(1)实验首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力为细绳对小车的拉力，故A正确；平衡摩擦力的方法是，将小车与纸带相连，不挂塑料桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，通过纸带看小车能否做匀速直线运动，故B错误；由于平衡摩擦力后有Mgsin θ＝μMgcos θ，故tan θ＝μ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C错误；实验中，要保证塑料桶和所添加砝码的总质量远小于小车的质量，这样才能使得塑料桶和所添加砝码的总重力近似等于细绳对小车的拉力，所以实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，故D正确；实验中应先接通电源，后释放小车，故E错误；本题选不需要和不正确的，故选B、C、E.
(2)根据实验数据作出的a－F图像应如图乙中图线1所示，有同学作出图线如图线2所示，图线2表明在小车所受的拉力为零时，小车的加速度大于零，说明合外力大于零，说明平衡摩擦力过度，即不符合实验要求的操作是平衡摩擦力时木板垫得过高，故选B.有同学作出的图线如图线3所示，图线3说明在拉力大于零时，小车的加速度为零，说明合外力为零，即绳子的拉力被摩擦力平衡了，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．该实验中当小车的质量远大于塑料桶的总质量时，才能近似认为细绳对小车的拉力大小等于塑料桶的总重力大小，随着F的增大，即随着塑料桶总质量增大，塑料桶总质量不再满足远小于小车总质量，因此会出现较大误差，图线会发生偏折现象．
答案：(1)BCE (2)B AE
关键能力综合练
1．解析：A错，B对：在平衡摩擦力时，不应将小盘和重物通过定滑轮系在小车上，而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置，使小车能在长木板上带着纸带匀速下滑，改变小车质量后，不需要重新平衡摩擦力；C错：实验时应先接通打点计时器的电源，再放开小车；D错：牛顿第二定律(下节学习)是本实验要达到的目标，不能把它作为理论依据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出．
答案：B
2．解析：验证牛顿运动定律的实验是利用控制变量法探究加速度a与合外力F、物体质量M的关系，故D项正确．
答案：D
3．解析：图像Ⅰ表明不对小车施加力就有加速度，说明平衡摩擦力过度，即把长木板不带滑轮的一端垫得过高了；图像Ⅱ表明对小车施加的拉力达到一定程度后，小车才加速运动，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
答案：BC
4．解析：本题考查了实验装置和器材的选择，关键明确实验的原理．打点计时器应使用交流电源，实验前打点计时器应在右端，小车应靠近打点计时器，滑轮的位置应保持拉小车的线与木板平行，并且应垫高木板的右端平衡小车所受摩擦力．
答案：(1)应用交流电源 (2)应靠右端 (3)应使小车左端的线与木板平行 (4)应靠近打点计时器 (5)应垫高木板右端平衡摩擦力
5．解析：(1)实验时，已调整轨道的倾角平衡掉小车所受的摩擦力，所以实验中小车所受的合力等于力传感器的示数；
该实验中力传感器可测出细线的拉力大小，而不是将砝码和砝码盘的重力作为小车受到的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
(2)实验时可用挡光板通过光电门的平均速度代替小车通过光电门的瞬时速度，小车通过光电门1的速度为v1＝，小车通过光电门2的速度为v2＝，根据题意可知需要验证的关系式为F＝Ma，即F＝－.
答案：(1)等于 不需要 (2)－
6．解析：(1)由图可知，实验装置里有弹簧测力计，轻绳的拉力可以通过弹簧测力计读出，不需要钩码的质量远小于小车的质量，故A错误；B正确；小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；平衡摩擦力的目的是使小车所受摩擦力与重力下滑分量平衡，与钩码数量无关，故D错误．
(2)设相邻两个计数点之间的位移分别为x1、x2、x3、x4，相邻两个计数点之间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，由Δx＝aT2，
得a＝
＝ m/s2
＝0.88 m/s2，
如果在某次实验中，实际所用交流电的频率高于50 Hz，那么实际打点周期变小，根据运动学公式得计算结果与实际值相比是偏小．
(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故A符合．
答案：(1)BC (2)0.88 偏小 (3)A
学科素养升级练
答案：2.(1)小车的质量 (2)传感器 (3)小车 槽码 (4)力传感器 速度图像 (6)悬挂槽码
3．(1)平衡摩擦力及阻力
必备知识基础练 进阶训练第一层
知识点一 实验原理
1.利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法中正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力后，长木板位置不能移动，每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．小车释放前应靠近计时器，实验时，先放开小车，后接通电源
D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响
2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是( )
3．如图所示为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是________．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动．从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是________．
A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C．M＝400 g、m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
知识点二 实验步骤、数据处理
4.探究加速度与力、质量关系的实验中，在研究小车(含砝码)的加速度a与小车(含砝码)的质量M的关系时，由于没有始终满足M?m(m为砂桶及桶中砂的总质量)的条件，结果得到的图像应是图中的哪一个( )
5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
(1)某组同学用如图甲所示的装置，采用控制变量法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车所受合力的关系．下列措施中不需要和不正确的是________．
A．首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力为细绳对小车的拉力
B．平衡摩擦力的方法是在塑料桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
C．每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力
D．实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
E．实验中应先释放小车，然后再接通打点计时器的电源
(2)根据实验得出的数据，画出a－F图像如图乙所示，正确的a－F图线应如图乙中的图线1所示，有同学作出的图线如图线2所示，其实验过程中不符合实验要求的是________，有同学作出的图线如图线3所示，其实验过程中不符合实验要求的是________．(填选项前的字母)
A．实验中未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力
B．实验中平衡摩擦力时木板垫得过高
C．实验中绳子拉力方向没有跟木板平行
D．实验中小车质量发生变化
E．实验中未满足塑料桶总质量m远小于小车总质量M的条件
关键能力综合练 进阶训练第二层
一、单项选择题
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当力一定(小盘和重物的重力不变)，探究加速度与质量的关系时，以下说法中正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将小盘和重物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．求小车运动的加速度时，可用天平测出小车的质量m和小盘与重物的总质量m0，直接用公式a＝g求出
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中符合实际的是( )
A．通过同时改变小车的质量及受到的拉力的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
二、多项选择题
3．利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的定量关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图像如图乙中的直线Ⅱ所示．直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况原因的解释正确的是( )
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
三、非选择题
4．如图所示是某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验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)打点计时器位置
________________________________________________________________________；
(3)滑轮位置
________________________________________________________________________；
(4)小车位置
________________________________________________________________________；
(5)长木板
________________________________________________________________________．
5．(探究题)某探究学习小组的同学们要探究加速度与力、质量的关系，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘，实验时，调整轨道的倾角，平衡小车所受的摩擦力(图中未画出)．
(1)该实验中小车所受的合力________(填“等于”或“不等于”)力传感器的示数，该实验________(填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
(2)实验获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，挡光板的宽度l，光电门1的中心到光电门2的中心的距离x.某次实验过程中，力传感器的读数为F，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的关系式是F＝________.
6．某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个砝码质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮轻质且光滑．实验步骤如下：
A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C．挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
D．改变钩码的数量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．
根据以上实验过程，回答以下问题：
(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．
A．钩码的质量应远小于小车的质量
B．测力计的示数等于小车所受拉力
C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D．改变钩码的数量时，一定要重新平衡摩擦力
(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，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)，若交流电的实际频率大于50 Hz，则上述计算结果与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)．
(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像如图所示，与本实验相符合的是________．
学科素养升级练 进阶训练第三层
如图所示，请利用力传感器和位移传感器，设计实验方案探究加速度a与作用力F、m之间的关系．(仪器不足的可补充)
1．实验创新思路：
(1)改进拉力的测量方法．
(2)改进加速度的测量方法．
2．实验步骤：
(1)用天平测量____________________．
(2)在轨道上放置小车并安装________，连接电路．
(3)将细线连接________，跨过定滑轮系住________．
(4)释放小车，拉力大小由________显示，加速度的大小由显示屏上小车的________测出．
(5)记录拉力T和加速度a的数据．
(6)改变小车和________的质量，测多组a、m和F的数据．
(7)分析实验数据，归纳得出结论．
3．误差分析：
(1)轨道要求：轨道应倾斜，直到____________________．
(2)槽码的质量要求：为了操作安全，槽码的质量应小些．
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
必备知识基础练
1．解析：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，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，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，同时要求开始小车要靠近打点计时器，C错误；当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车受到的拉力等于重物的重力，故D错误．
答案：B
2．解析：依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
3．解析：(1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C两项错误；B项正确．
(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力．(具体原因以后学习)C项正确．
答案：(1)B (2)C
4．解析：在研究加速度与小车(含砝码)质量M的关系时，保持m不变，改变小车(含砝码)的质量M，在小车(含砝码)的质量M远大于砂桶及砂的总质量m时，即当满足M?m时，可以认为小车受到的拉力(合力)F＝mg，此时加速度a与小车(含砝码)的质量M成反比，与成正比，以为横轴，a为纵轴，则a－图像应是过原点的直线，当小车(含砝码)的质量M不满足远大于砂桶及砂的总质量m时，小车受到的拉力明显小于砂桶及砂的总重力，a－图像向下弯曲，故D正确．
答案：D
5．解析：(1)实验首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力为细绳对小车的拉力，故A正确；平衡摩擦力的方法是，将小车与纸带相连，不挂塑料桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，通过纸带看小车能否做匀速直线运动，故B错误；由于平衡摩擦力后有Mgsin θ＝μMgcos θ，故tan θ＝μ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C错误；实验中，要保证塑料桶和所添加砝码的总质量远小于小车的质量，这样才能使得塑料桶和所添加砝码的总重力近似等于细绳对小车的拉力，所以实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，故D正确；实验中应先接通电源，后释放小车，故E错误；本题选不需要和不正确的，故选B、C、E.
(2)根据实验数据作出的a－F图像应如图乙中图线1所示，有同学作出图线如图线2所示，图线2表明在小车所受的拉力为零时，小车的加速度大于零，说明合外力大于零，说明平衡摩擦力过度，即不符合实验要求的操作是平衡摩擦力时木板垫得过高，故选B.有同学作出的图线如图线3所示，图线3说明在拉力大于零时，小车的加速度为零，说明合外力为零，即绳子的拉力被摩擦力平衡了，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．该实验中当小车的质量远大于塑料桶的总质量时，才能近似认为细绳对小车的拉力大小等于塑料桶的总重力大小，随着F的增大，即随着塑料桶总质量增大，塑料桶总质量不再满足远小于小车总质量，因此会出现较大误差，图线会发生偏折现象．
答案：(1)BCE (2)B AE
关键能力综合练
1．解析：A错，B对：在平衡摩擦力时，不应将小盘和重物通过定滑轮系在小车上，而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置，使小车能在长木板上带着纸带匀速下滑，改变小车质量后，不需要重新平衡摩擦力；C错：实验时应先接通打点计时器的电源，再放开小车；D错：牛顿第二定律(下节学习)是本实验要达到的目标，不能把它作为理论依据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出．
答案：B
2．解析：验证牛顿运动定律的实验是利用控制变量法探究加速度a与合外力F、物体质量M的关系，故D项正确．
答案：D
3．解析：图像Ⅰ表明不对小车施加力就有加速度，说明平衡摩擦力过度，即把长木板不带滑轮的一端垫得过高了；图像Ⅱ表明对小车施加的拉力达到一定程度后，小车才加速运动，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
答案：BC
4．解析：本题考查了实验装置和器材的选择，关键明确实验的原理．打点计时器应使用交流电源，实验前打点计时器应在右端，小车应靠近打点计时器，滑轮的位置应保持拉小车的线与木板平行，并且应垫高木板的右端平衡小车所受摩擦力．
答案：(1)应用交流电源 (2)应靠右端 (3)应使小车左端的线与木板平行 (4)应靠近打点计时器 (5)应垫高木板右端平衡摩擦力
5．解析：(1)实验时，已调整轨道的倾角平衡掉小车所受的摩擦力，所以实验中小车所受的合力等于力传感器的示数；
该实验中力传感器可测出细线的拉力大小，而不是将砝码和砝码盘的重力作为小车受到的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
(2)实验时可用挡光板通过光电门的平均速度代替小车通过光电门的瞬时速度，小车通过光电门1的速度为v1＝，小车通过光电门2的速度为v2＝，根据题意可知需要验证的关系式为F＝Ma，即F＝－.
答案：(1)等于 不需要 (2)－
6．解析：(1)由图可知，实验装置里有弹簧测力计，轻绳的拉力可以通过弹簧测力计读出，不需要钩码的质量远小于小车的质量，故A错误；B正确；小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；平衡摩擦力的目的是使小车所受摩擦力与重力下滑分量平衡，与钩码数量无关，故D错误．
(2)设相邻两个计数点之间的位移分别为x1、x2、x3、x4，相邻两个计数点之间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，由Δx＝aT2，
得a＝
＝ m/s2
＝0.88 m/s2，
如果在某次实验中，实际所用交流电的频率高于50 Hz，那么实际打点周期变小，根据运动学公式得计算结果与实际值相比是偏小．
(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故A符合．
答案：(1)BC (2)0.88 偏小 (3)A
学科素养升级练
答案：2.(1)小车的质量 (2)传感器 (3)小车 槽码 (4)力传感器 速度图像 (6)悬挂槽码
3．(1)平衡摩擦力及阻力