2020-2021学年物理新教材人教版必修第一册精品练习：4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 Word版含解析

1、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

2、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

3、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_am200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gbm200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gcm400 g、m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gdm400 g，m20 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mm(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

4、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af图像如图乙所示，正确的af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

5、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

6、盘与重物的总质量m0，直接用公式ag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

7、速度a和小车所受拉力f的图像如图乙中的直线所示，乙同学画出的af图像如图乙中的直线所示直线、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

8、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(

9、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

10、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

11、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

12、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：b2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：b3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

13、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)c4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mm时，可以认为小车受到的拉力(合力)fmg，

14、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：d5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 mgcos ，故tan ，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

15、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af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

16、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)bae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

17、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：b2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：d3解析：图像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：bc4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

18、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fma，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，