第四章　2.实验：探究加速度与力、质量的关系 课后练习 Word版含解析

2.实验:探究加速度与力、质量的关系

1.利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系,下列说法正确的是(　　)

A.保持小车所受拉力不变,只改变小车的质量,就可以探究加速度与力、质量的关系
B.保持小车质量不变,只改变小车的拉力,就可以探究加速度与力、质量的关系
C.先保持小车所受拉力不变,研究加速度与力的关系;再保持小车质量不变,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
D.先保持小车质量不变,研究加速度与力的关系;再保持小车受力不变,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
答案:D
2.(多选)下图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小车时的情况,对该同学操作的评价,下列说法正确的是(　　)

A.应使用约为8 V的交变电源
B.打点计时器应固定于长木板没有滑轮的一端,且小车紧靠打点计时器停放
C.应调节滑轮的高度使细线与长木板平行
D.应调节长木板的倾角以平衡摩擦力
答案:BCD
解析:打点计时器的工作电源是交变电源,若为电磁打点计时器,则应使用约为8V的交变电源,若为电火花计时器,则应使用220V的交变电源,题中未说明打点计时器的种类,故选项A错误;打点计时器应固定在长木板没有滑轮的一端,且小车应紧靠打点计时器停放,这样可充分利用纸带,打上更多的点以便采集更多的数据,选项B正确;滑轮位置偏低,应通过调节滑轮的高度以确保细线与长木板平行,从而保证小车所受的合外力等于细线的拉力,选项C正确;应将长木板没有滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力,选项D正确。
3.(多选)某实验小组的同学用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系,为了使小车受到的合外力的大小等于钩码总重力的大小,则(　　)

A.应将图示装置中的长木板的右端垫起适当的高度,以平衡摩擦力
B.平衡摩擦力时,图示装置中的钩码不需要取下
C.每次改变小车(含砝码)的质量时,都要重新平衡摩擦力
D.钩码的质量要远小于小车(含砝码)的质量
答案:AD
解析:实验时应将图示装置中的长木板的右端垫起适当的高度,以平衡摩擦力,故A正确;平衡摩擦力时,应将图示装置中的钩码取下,故B错误;根据重力沿木板平面的分力与滑动摩擦力平衡可知,每次改变小车(含砝码)的质量时,不用重新平衡摩擦力,故C错误;当钩码的总质量m远小于小车(含砝码)的质量m车时,可以认为小车受到的拉力等于钩码的总重力,故D正确。
4.(多选)某同学根据实验数据画出的图像如图所示,下列说法正确的是(　　)

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:a-F图像纵轴有截距说明力F为零时加速度不为零,此时倾角过大,A正确;横轴有截距说明施加力F不大时加速度仍为零,说明倾角太小,平衡摩擦力不足,C错误。a-1m图像纵轴有截距说明倾角太大,平衡摩擦力过大,B错误;横轴有截距,说明平衡摩擦力不足,倾角太小,故D正确。
5.一同学在探究加速度与力、质量的关系的实验中保持拉力不变,得到了物体加速度与物体质量变化的一组数据(见下表)。
实验
次数
物体质量
m/kg
质量的倒数1m/kg-1
加速度
a/(m·s-2)
1
0.20
5.0
0.29
2
0.25
4.0
0.25
3
0.30
3.3
0.22
4
0.35
2.9
0.18
5
0.40
2.5
0.16
(1)请你在如图所示的方格纸中建立合适的坐标,并画出能直观地反映加速度与质量关系的图像;
(2)由图像可知F一定时,a与m成　　　　关系。?

答案:(1)如图所示

(2)反比
解析:(1)由数据猜测a与1m成正比关系,以a为纵坐标、1m为横坐标建立坐标系,根据数据进行描点连线。
(2)由图可知a-1m图像为过原点的直线,故F一定时,a与1m成正比,即a与m成反比。
选考奠基　素养提升
1.(2019黑龙江鹤岗期末)在探究加速度与力、质量的关系的实验中,采用如图甲所示的装置。

(1)本实验应用的实验方法是　　　　。?
A.控制变量法
B.假设法
C.理想实验法
(2)下列说法正确的是　　　　。?
A.在探究加速度与质量的关系时,应改变小车所受拉力的大小
B.在探究加速度与外力的关系时,应改变小车的质量
C.在探究加速度a与质量m的关系时,作出a-1m图像容易更直观地判断出二者间的关系
D.无论在什么条件下,细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小
(3)在探究加速度与力的关系时,若取车的质量m车=0.5 kg,改变砝码质量m的值,进行多次实验,以下m的取值最不合适的一个是　　　　。?
A.m1=4 g B.m2=10 g
C.m3=40 g D.m4=500 g
(4)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中,打出了一条纸带,如图乙所示。打点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,根据图中给出的数据求出该小车的加速度a=　　　　 m/s2(结果保留两位有效数字)。?
(5)下图为某同学在探究加速度a与力F的关系时,根据测量数据作出的a-F图像,说明实验存在的问题是　　　　　　　。?

答案:(1) A
(2)C
(3)D
(4) 0.16
(5)平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力
解析:(1)该实验是探究加速度与力、质量的关系,研究三者关系必须先使某一个量不变,研究另两个量之间的关系,即运用控制变量法,故选A。
(2)在探究加速度与质量的关系时,应保持小车所受拉力的大小不变,改变小车的质量,A错误;在探究加速度与外力的关系时,应保持小车的质量不变,改变小车所受拉力的大小,B错误;在探究加速度a与质量m的关系时,作出的a-1m图像是直线,容易更直观地判断出二者间的关系,C正确;当不满足m?m车的条件时,细线对小车的拉力大小就不能近似等于砝码盘和砝码的总重力大小,D错误。
(3)实验时要求小车质量m车要远远大于砝码盘和砝码的质量m,D中m车与m相等,所以D最不合适。
(4)根据Δx=aT2得,a=ΔxT2=(3.83-3.52)×10-22×0.12m/s2≈0.16m/s2。
(5)图中图像与横轴的截距大于0,说明在拉力大于0时,加速度等于0,说明物体所受拉力之外的其他力的合力大于0,即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。
2.(2019福建期末)某同学做加速度与物体质量关系的实验,所用装置图如图所示。实验中他保持砝码盘和盘中砝码的总质量m一定,保证小车质量远大于m。

(1)在该实验中,打点计时器所用交变电源的频率为50 Hz。某次实验中得到的一条纸带如下图所示,从比较清晰的某点起,取五个计数点,分别标明0、1、2、3、4。量得s1=5.25 cm,s2=6.10 cm,s3=6.95 cm,s4=7.85 cm,则打点“3”时小车的瞬时速度大小为　　　　 m/s,用逐差法求得小车的加速度大小为　　　　 m/s2。(结果均保留三位有效数字)?

(2)以下是其部分操作步骤,其中正确的是(多选)　　　。?
A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B.释放小车时,小车的位置应靠近打点计时器
C.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车
D.用天平测出m以及小车质量m车,小车运动的加速度可直接用公式a=mgm车求出
(3)改变小车的质量m车,测出多组数据,根据数据作出加速度的倒数1a与小车质量m车关系的1a-m车图像如图所示。图像的延长线没有过原点的原因是　　　　　　　　　　。?

答案:(1)0.740　0.863
(2)BC
(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角不够
解析:(1)由于每相邻两个计数点间还有4个点,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上3点时小车的瞬时速度大小
v3=s3+s42T=0.0695+0.07852×0.1m/s=0.740m/s。
根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可以求出加速度的大小,即小车运动的加速度
a=x24-x024T2
=(0.0785+0.0695)-(0.0610+0.0525)4×(0.1)2m/s2
=0.863m/s2。
(2)平衡摩擦力时,不挂砝码盘及盘中的砝码,只让小车拖着纸带在木板上匀速运动,选项A错误;释放小车时,小车的位置应靠近打点计时器,以充分利用纸带,选项B正确;实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车,选项C正确;小车的加速度是通过纸带上的点迹来求解的,选项D错误。
(3)实验中若不平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足,则对某一质量的小车来说,拉力一定,则加速度就会偏小,1a就会偏大,对应的点的位置就会偏上,出现图像所示的情况;故图像的延长线没有过原点的原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角不够。