高中物理新教材人教版必修第一册 自测题 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 Word版含解析

第四章 运动和力的关系
2 实验：探究加速度与力、质量的关系

1.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,下列做法正确的是 (　　)
A.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车
B.平衡摩擦力时,应将槽码用细绳通过定滑轮系在小车上
C.改变小车的质量再次进行实验时,需要重新平衡摩擦力
D.槽码所受重力就是小车做加速运动的拉力
答案:A
2.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,作出了如图所示的图像,图中三线表示实验中 (　　)
A.平衡摩擦力的角度不同
B.小车和重物的总质量不同
C.槽码的质量不同
D.木板的长度不同
答案:B
3.(多选)如图所示,在探究加速度与力、质量的关系实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中放入重物后,车的总质量分别为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m1=2m2、F1=F2时,x1=2x2
D.当m1=2m2、F1=F2时,x2=2x1
解析:当m1=m2、F1=2F2时,可知,a1=2a2,由x=12at2可得,x1=2x2,选项A正确,选项B错误;当m1=2m2、F1=F2时,可知a1=12a2,由x=12at2可得,x2=2x1,故选项C错误,选项D正确.
答案:AD
4.(多选)某些同学根据探究加速度与力、质量的关系实验数据画出了以下图像,下列说法正确的是 (　　)

甲 乙 丙 丁
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
解析:a-F图像纵轴有截距说明力F为0时加速度不为0,平衡摩擦力时长木板倾角过大;横轴有截距说明施加力F后加速度有一过程仍为0,说明倾角过小,平衡摩擦力不足.选项A正确,选项C错误.a-1m图像纵轴有截距说明平衡摩擦力时长木板倾角过大,平衡摩擦力过大;而横轴有截距,说明平衡摩擦力不足,长木板倾角过小.选项B错误,选项D正确.
答案:AD
5.某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的钩码探究加速度与力的关系,实验装置如图甲所示.

甲 乙 丙
(1)图乙是实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可得小车的加速度a为　　　　m/s2.?
(2)该实验小组以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F为横轴,作出的图像如图丙中图线1所示,发现图线不过原点,怀疑在测量力时不准确,他们将实验进行了改装,将一个力传感器安装在小车上,直接测量细绳拉小车的力F',作出的a-F'图线如图丙中图线2所示,则图线不过原点的原因是　 ,?
对于图像上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,其原因是　　　　　　　　　.?
(3)该实验小组在正确操作实验后,以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F和传感器测得的F'为横轴作图像,要使两条图线基本重合,需满足的条件是　 .?
解析:(1)根据Δx=at2,运用逐差法得
a=xBD-xOB4t2=(4.04-1.63-1.63)×10-24×0.01 m/s2=0.195 m/s2.
(2)由图线可知,F大于0时,a为0,可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或
平衡摩擦力不足.力传感器可以直接得出绳子拉力的大小,用钩码的重力表示绳子的拉力,必须满足钩码的质量远小于小车的质量,否则绳子的拉力实际上明显小于钩码的重力.所以对于图线上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,原因是钩码的质量未远小于小车的质量.
(3)要使两条图线基本重合,需要满足钩码的质量远小于小车的质量这一条件.
答案:(1)0.195
(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　钩码的质量未远小于小车的质量
(3)钩码质量远小于小车质量
【拓展提高】
6.某实验小组利用图甲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',单个钩码的质量为m,打点计时器所接的电源的频率为50 Hz,动滑轮质量不计,实验步骤如下:
甲
①按图示安装好实验装置,其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直;
②调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板匀速运动;
③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;
④改变钩码的数量,重复步骤③,求得小车在不同合力作用下的加速度.
根据上述实验过程,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.为了实验安全,打点计时器接直流电源
C.与小车相连的细线与长木板一定要平行
D.弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半
(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示,图中两相邻计数点间还有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).?
乙
(3)若电源的实际频率大于50 Hz,则(2)中加速度a的计算结果与实际值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”).?
(4)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,与本实验相符的是　　　　.?

A B C D
(5)若实验步骤②中,让长木板水平放置,没有平衡摩擦力,其余实验步骤不变且操作正确,读出弹簧测力计的示数F,处理纸带,得到小车运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验,以弹簧测力计的示数F为纵坐标,以加速度a为横坐标,得到的图像是纵轴截距为b的一条倾斜直线,如图丙所示.已知小车的质量为m',重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦,则小车和长木板之间的动摩擦因数μ=　　　　.?
丙
解析:(1)由图示实验装置可知,弹簧测力计可以测出细线对小车的拉力,实验不需要满足钩码的质量远小于小车的质量,选项A错误;打点计时器使用交变电源,选项B错误;为使小车受到的拉力等于细线的拉力,应调节滑轮的高度使与小车相连的细线与长木板平行,选项C正确;实验过程中,钩码向下加速运动,故弹簧测力计的读数小于钩码重力的一半,选项D错误.
(2)由图示纸带可知,相邻两个计数点之间的时间间隔t=5×0.02 s=0.1 s,由匀变速直线运动的推论Δx=at2,利用逐差法,可得加速度a=x3+x4-x1-x24t2=0.88 m/s2.
(3)若电源的实际频率大于50 Hz,打点计时器打点的时间间隔小于0.02 s,相邻两计数点间的时间间隔小于0.1 s,计算加速度时所用时间t偏大,加速度的测量值小于真实值,即计算结果与实际值相比偏小.
(4)由装置及实验步骤可知,已经平衡摩擦力,小车受到的拉力F可以由弹簧测力计测出,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a-F图线为过原点的一条倾斜直线,由图示可知,选项B、C、D错误,选项A正确.
(5)小车受到的拉力FT大小等于弹簧测力计示数F,即FT=F,小车受到的摩擦力为Ff=μm'g,所以合力为F-μm'g,小车的加速度a与合力成正比,即a∝(F-μm'g),设比例系数为k,可得a=k(F-μm'g),所以F=1k·a+μm'g,由图像所给信息可得图像纵截距b=μm'g,解得μ=bm'g.
答案:(1)C　(2)0.88　(3)偏小　(4)A　(5)bm'g