高中：4-2 实验：探究加速度与力、质量的关系

4.2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，我们研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”，又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是()A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法2．关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法正确的是()A．连接槽码和小车的细绳可以和长木板不保持平行B．平衡摩擦力时，应将槽码通过定滑轮拴在小车上C．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车D．平衡摩擦力后，若改变小车和砝码的总质量，需要重新平衡摩擦力3．(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，有一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车、砝码和塑料桶，除上述器材外，还需要的实验器材是()A．秒表B．天平(附砝码)C．刻度尺(最小刻度为mm)D．低压交流电源4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了消除小车与水平木板之间的摩擦力的影响，应采取的做法是()A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码拉动下恰好做匀速运动B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码拉动下恰好做匀速运动C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂槽码的情况下使小车恰好做匀速运动D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，平衡摩擦力使其在不挂槽码的情况下使小车能够静止在木板上5．某组同学用如图所示装置来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与力的关系。下列措施不正确．．．的是()A．首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力B．小车的质量要远大于塑料桶及所装的砝码的质量C．实验中可以通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力D．实验时，先松开纸带，再接通电源6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，由于始终没有满足M(M为小车的质量)远大于m(m为沙子及沙桶的总质量)的条件，结果得到的图像应是()7．如图1所示，在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M的数据如表所示：图1次数1234.2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，我们研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”，又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是()A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法2．关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法正确的是()A．连接槽码和小车的细绳可以和长木板不保持平行B．平衡摩擦力时，应将槽码通过定滑轮拴在小车上C．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车D．平衡摩擦力后，若改变小车和砝码的总质量，需要重新平衡摩擦力3．(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，有一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车、砝码和塑料桶，除上述器材外，还需要的实验器材是()A．秒表B．天平(附砝码)C．刻度尺(最小刻度为mm)D．低压交流电源4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了消除小车与水平木板之间的摩擦力的影响，应采取的做法是()A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码拉动下恰好做匀速运动B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码拉动下恰好做匀速运动C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂槽码的情况下使小车恰好做匀速运动D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，平衡摩擦力使其在不挂槽码的情况下使小车能够静止在木板上5．某组同学用如图所示装置来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与力的关系。下列措施不正确．．．的是()A．首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力B．小车的质量要远大于塑料桶及所装的砝码的质量C．实验中可以通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力D．实验时，先松开纸带，再接通电源6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，由于始终没有满足M(M为小车的质量)远大于m(m为沙子及沙桶的总质量)的条件，结果得到的图像应是()7．如图1所示，在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M的数据如表所示：图1次数123456小车加速度a/(m/s2)1.981.721.481.251.000.75小车质量M/kg0.250.290.330.400.500.71小车质量的倒数1M/kg4.003.453.032.502.001.41(1)根据表格数据，为直观反映F不变时，a与M的关系，请在方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图像。(2)该小车受到的拉力F为__________N。(保留2位有效数字)8．某实验小组在研究“小车质量一定时，加速度与作用力的关系”时，用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出a－F图像，如图所示。发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能原因是()A．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过大，且沙和沙桶的质量较大B．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且沙和沙桶的质量较大C．没有平衡摩擦力，且小车质量较大D．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且小车质量较大9．为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置，有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图像，如图乙所示。图中____(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中系，并作出图像。(2)该小车受到的拉力F为__________N。(保留2位有效数字)8．某实验小组在研究“小车质量一定时，加速度与作用力的关系”时，用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出a－F图像，如图所示。发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能原因是()A．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过大，且沙和沙桶的质量较大B．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且沙和沙桶的质量较大C．没有平衡摩擦力，且小车质量较大D．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且小车质量较大9．为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置，有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图像，如图乙所示。图中____(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝____kg。甲乙10．某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器、已知质量的盘和几个已知质量的小砝码探究加速度与力的关系，实验装置如图甲所示。甲(1)该实验小组以测得的加速度a为纵轴，所挂盘和砝码的总重力F为横轴，作出的图像如图乙中直线1所示，发现图像不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改进，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力F′，作a－F′图如图乙中直线2所示，则图像不过原点的原因是____，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____。(2)该实验小组在正确操作实验后，再以测得的加速度a为纵轴，所挂盘和砝码的总重力F和传感器测得的F′为横轴作图像，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方案。参考答案1.B【解析】由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，探究另外两个物理量之间的关系，B正确。2.C【解析】连接砝码盘和小车的细绳应和长木板保持平行，以减小实验的误差，A错误；平衡摩擦力时，应不挂槽码，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，B错误；小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车，C正确；平衡摩擦力后，若改变小车和砝码的总质量，不需要重新平衡摩擦力，D错误。3.BCD【解析】题目已经列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车、砝码和塑料桶等，实验需用天平测量质量，B正确；要测量位移，所以还需要刻度尺，C正确；有电磁打点计时器，故需低压交流电源，D正确。4.C【解析】在平衡摩擦力时，是利用重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，所以需要将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂槽码的情况下使小车恰好做匀速运动，C正确。5.D【解析】参考答案1.B【解析】由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，探究另外两个物理量之间的关系，B正确。2.C【解析】连接砝码盘和小车的细绳应和长木板保持平行，以减小实验的误差，A错误；平衡摩擦力时，应不挂槽码，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，B错误；小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车，C正确；平衡摩擦力后，若改变小车和砝码的总质量，不需要重新平衡摩擦力，D错误。3.BCD【解析】题目已经列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车、砝码和塑料桶等，实验需用天平测量质量，B正确；要测量位移，所以还需要刻度尺，C正确；有电磁打点计时器，故需低压交流电源，D正确。4.C【解析】在平衡摩擦力时，是利用重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，所以需要将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂槽码的情况下使小车恰好做匀速运动，C正确。5.D【解析】首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力，A正确；当小车的质量要远大于塑料桶及所装的砝码的质量时，才能认为塑料桶及所装的砝码的重力等于小车所受的合力，B正确；实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，C正确；实验时，应先接通电源后松纸带，D错误。6.D【解析】随着1M增大，小车质量在减小，因此小车质量不再满足远大于沙子和沙桶的总质量，加速度不可能一直均匀增大，加速度的增大幅度将逐渐减小，最后趋近于定值g，D正确。7.【答案】(1)如图所示。(2)0.49～0.53N均可【解析】(1)先描点，再画a－1M图像，如图所示。(2)根据图像可知，a与1M成正比，又有F＝Ma，任找一组数据可求得F＝0.49～0.53N。8.B【解析】小车所受拉力为某个值时，加速度仍然为零，即合外力为0，说明此时外力与摩擦力平衡，原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，同时由于沙和沙桶的质量较大，所以造成图像会发生弯曲，B正确。9.【解析】由图像可知，当F＝0时，a≠0。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高。所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。根据F＝ma得a－F图像的斜率k＝1m，由确。9.【解析】由图像可知，当F＝0时，a≠0。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高。所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。根据F＝ma得a－F图像的斜率k＝1m，由a－F图像得斜率k＝2，所以m＝0.5kg。10.