高中物理人教版必修1课后练习 4-2实验：探究加速度与力、质量的关系 Word版含解析

一、单项选择题
1．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，下列做法和理由正确的是(　C　)
A．实验中所用电源为低压直流电源
B．可以用装有砂子的小桶来代替钩码，这样会使实验更加方便
C．处理数据时不用a－m图象，而用a－图象，是为了便于根据图象直观地做出判断
D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
解析：打点计时器要用低压交流电源，选项A错误；用装有砂子的小桶代替钩码，可以连续改变拉力的大小，并不会使实验更加方便，选项B错误；从本实验中平衡摩擦力的方法来看，改变小车质量时，并不用重新平衡摩擦力，选项D错误．
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为验证小车的质量m不变时加速度a与作用力F成正比，学生甲、乙、丙、丁分别选取四组小车的质量m及钩码的质量M做实验．
甲：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g
乙：m＝500 g，M分别为20 g、30 g、40 g、50 g
丙：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g
丁：m＝500 g，M分别为30 g、40 g、50 g、60 g
若其他操作都正确，那么利用实验数据画出的a－F图象较准确的是(　B　)
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
解析：牵引小车加速运动的重物为钩码，为使小车所受拉力近似等于钩码重力，应保持钩码重力远小于小车重力．据此分析以上4组数据可知，乙同学利用实验数据画出的图象较准确．
3．下图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是(　D　)
A．实验前没有平衡摩擦力
B．拉小车的细线应与长木板平行
C．实验中所用电源应为交流电源
D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些
解析：小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远些，故本题应选D.
4．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(　A　)
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
解析：题中m1和m2是车中砝码的质量，决不能认为是小车的质量．本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少．当m1＝m2时，两车加砝码质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝at2得x1＝2x2，选项A正确．若m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不清楚．故无法断定两车的位移关系．
5．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，用改变细砂质量的办法来改变对小车的拉力F.利用打点计时器测得小车的加速度a，得出若干组F和a的数据，然后根据测得的数据作出如图所示的a－F图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是(　C　)
A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大
B．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且细砂和小桶的质量较大
C．平衡摩擦力时，所垫木块太低，且细砂和小桶的质量较大
D．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且小车质量较大
解析：设图线在F轴上的截距为F0，则当0二、多项选择题
6．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(　BCE　)
A．“平衡摩擦力”的本质就是想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重物通过细绳对小车施加的拉力
D．“平衡摩擦力”时应将小车在重物通过细绳和滑轮而拉动小车过程中进行调整
E．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车施动而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：在小车的运动过程中受到的摩擦阻力是永恒存在、无法使之为零的，故A选项错误．平衡摩擦力的实质就是让小车轨道具有合适的倾角而成为一个斜面，从而使小车所受的重力的下滑分力mgsinθ与摩擦阻力Ff相平衡，进而使小车所受的合力等于所挂的重物通过细绳和滑轮对小车施加的拉力，故B、C两选项正确．平衡摩擦力时必须在不挂重物时，让小车拖动纸带自由运动时进行调整(即调整轨道斜面倾角)，直至所打出的纸带上的点迹均匀分布为止，故E选项正确而D选项错误．
7．甲、乙、丙、丁四位同学在探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时(使用下图所示的装置)，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如下图中甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是a－F图线，图丁是a－图线，则下列说法中正确的是(　ACD　)
　
A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于m
B．丙和丁没有把握好实验条件M远大于m
C．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板的倾角太大
D．甲、乙、丙三同学中，丙较好地完成了平衡摩擦力的操作
解析：因为图象甲、乙、丙中都是直线，说明满足小车质量和车上砝码质量之和M远远大于砂及砂桶的总质量m，图象丙经过坐标原点，说明平衡摩擦力比较到位．
三、非选择题
8．现测得某一物体F一定时，a与m的关系数据如下表：
a/(m·s－2) 2.04 2.66 3.23 3.98
m/kg 2.00 1.50 1.25 1.00
(1)根据表中所列数据，画出a－图象．
答案：如图所示
(2)由a－图象可知，当F一定时，a与m成反比关系．
解析：要画a－图象，需要先求出对应的，其数据分别为0.50、0.67、0.80和1.00，然后描点，连线．由图象可知，a与成正比，即a与m成反比．
9．下图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”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画出的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在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比．
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(　C　)
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)因为要探究“加速度和力的关系”，所以应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．
(2)由于OA段a－F关系图线为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比；由实验原理可知AB段明显偏离直线是因为钩码的总质量增大到一定程度后，不再满足钩码的总质量远小于小车的总质量．
10．“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)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如下图所示．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．该小车的加速度a＝0.16(0.15也算对) 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) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980
加速度a(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
请根据实验数据在下图中作出a－F的关系图象．
答案：如图所示(见解析)
(3)若根据提供的实验数据作出的a－F图线与纵轴相交但不通过原点，请说明主要原因．
答案：未计入砝码盘的重力
解析：(1)根据纸带求解加速度用公式Δx＝aT2，计算时要弄清公式中各个量的物理意义，Δx为连续相等时间内的位移差，T为连续相等的时间间隔，如果每5个点取一个计数点，则连续两计数点的时间间隔为T＝0.1 s，又Δx＝(3.68－3.52)×10－2 m，代入可得加速度a＝0.16 m/s2.也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度a＝0.15 m/s2.
(2)根据题中所给的数据，合理地设计横、纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度与水平方向的夹角为45°左右为宜．由此确定F轴的范围从0到1.2 N较合适，而a轴则从0到3 m/s2较合适．设置好刻度，根据数据确定各点的位置，将各点用一条平滑的线连起来，并延长交坐标轴于某一点．如图所示．
(3)处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等对应的物理意义．若所作a－F图线与纵轴相交而不通过原点，该交点说明当不加砝码时，小车仍有加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在(2)问的图表中只给出了砝码的总重力，没有考虑砝码盘的重力．