2024-2025学年新教材高中物理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训练含解析新人教版必修第一册

PAGE5-试验：探究加速度与力、质量的关系合格考训练(25分钟·满分60分))1．(20分)在“探究加速度与力、质量的关系”的试验中，渗透了探讨问题的多种科学方法：(1)试验环境的等效法：__平衡摩擦力法__；(2)试验条件设计的科学方法：__限制变量法__；(3)试验原理的简化：__近似法__，即当小车质量M车≫m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g；(4)试验数据处理的科学方法：__图像法__；(5)由a－M车图像转化为a－eq\f(1,M车)图像，所用的科学方法：__化曲为直法__。(以上各题均选填“志向试验法”“图像法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“限制变量法”或“近似法”)解析：(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行平衡摩擦力，以减小试验误差，称为平衡摩擦力法；(2)在探究加速度、力与质量三者关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为限制变量法；(3)当小车质量M车≫m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g，称为近似法；(4)通过图像探讨试验的结果，称为图像法；(5)在作图时，由a－M车图像转化为a－eq\f(1,M车)图像，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法。2．(12分)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”试验装置，槽码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。试验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，作出a－F图像，他可能作出图2中__甲__(选填“甲”“乙”“丙”)图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要缘由是__D__。A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所用小车和砝码的质量m2太大D．槽码的质量m1太大解析：图丙表示平衡摩擦力过度，图甲表示没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。图线弯曲表示没有满意m2≫m1的试验条件。3．(14分)(2024·北京市东城区高一上学期期末)图甲是用来探究加速度和力之间关系的试验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，放在带有定滑轮的木板上(事先通过调整木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响)，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码。两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止运动。(1)用刻度尺测出两小车的位移，位移之比就等于它们的__加速度__之比；(2)为了探究加速度大小和力大小之间的关系，应保持两个__小车__(选填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等；(3)为减小误差，应使小盘和砝码的总质量尽可能__远小于__(选填“远小于”“等于”或“大于”)小车质量。解析：(1)依据初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系x＝eq\f(1,2)at2，两小车运动时间相等，位移与加速度成正比；(2)依据限制变量法，要探究加速度和力之间的关系，须要小车的质量保持不变，即两小车质量相等；(3)试验中用小盘和槽码的重力作为小车受到的拉力。只有在盘和盘中槽码的质量远远小于小车的质量时，绳对小车拉力大小近似等于盘和盘中槽码的重力。4．(14分)某试验小组利用图1所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的试验。(1)在试验中必需将长木板右端垫高，目的是__平衡摩擦力__，当不挂钩码时小车能匀速运动时，表明已调好。(2)为了减小误差，每次试验必需通过变更钩码的个数来变更小车所受合外力，获得多组数据。若小车质量为400g，试验中每次所用的槽码总质量范围应选__A__组会比较合理。(填选项前的字母)A．10g～40g B．200g～400gC．1000g～2000g(3)图2中给出的是试验中获得的纸带的一部分：1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点未标出，由该纸带可求得小车的加速度a＝__1.11_m/s2__。(计算结果保留三位有效数字)(4)变更钩码的个数重复试验，得到加速度a与合外力F的关系如图3所示，分析线段OA，可得出试验结论是__在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比__。解析：(1)试验中将长木板右端垫高，是为了平衡摩擦力。(2)为削减试验误差，应满意M≫m，所以应选A组槽码。(3)a＝eq\f(x35－x13,4T2)＝1.11m/s2(4)由图3可知，加速度与合外力成正比。等级考训练(15分钟·满分40分))1．(18分)某探讨性学习小组用如图1所示的装置探究牛顿其次定律，该小组在试验中确定的探讨对象是小车，而且认为细线对小车的拉力等于沙桶和沙的总重力，也是小车所受的合外力。(1)(多选)对该试验，以下说法中正确的是__CD__。A．将电磁打点计时器接在6V电压的干电池组上，先接通电源，再放开小车B．在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直到小车在沙桶和沙的拉动下带动纸带做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力C．试验中必需使沙桶和沙的总质量远小于小车的质量D．细线对小车的真实拉力肯定略小于沙桶和沙的总重力(2)某同学在做试验时，不慎将已平衡好摩擦力的长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离而没有发觉，那么描绘出来的a－F图像应是图2中的哪一个？__B__(3)如图3所示是某同学在试验中打出的一条纸带，O、A、B、C、D为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间还有四个点，所用交变电源的频率为50Hz，量出相邻计数点之间的距离分别为：OA＝2.40cm，AB＝2.81cm，BC＝3.24cm，CD＝3.64cm。则打点计时器打下C点的瞬时速度vC＝__0.344__m/s，该物体运动的加速度a＝__0.418__m/s2(结果均保留三位有效数字)解析：(1)电磁打点计时器应接在电压为6V以下的沟通电源上，故A错误；平衡摩擦力时，沙桶和沙不能挂在小车上，故B错误；当小车的质量远大于沙和沙桶的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于沙和沙桶的总重力大小，故C正确；细线对小车的真实拉力肯定略小于沙桶和沙的总重力，故D正确，故选C、D。(2)长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离，导致木板倾角减小，平衡摩擦力不够，因此当存在一微小拉力F时，物体的加速度为零，故A、C、D错误，B正确。(3)相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，则相邻计数点时间间隔为0.1s；所以有：vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(0.0324＋0.0364,0.2)m/s＝0.344m/s依据Δx＝aT2有：a＝eq\f(xBD－xOB,2T2)＝eq\f(0.0324＋0.0364－0.0240＋0.0281,4×0.12)m/s2＝0.418m/s2。2．(22分)如图为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的试验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速度。(1)试验主要步骤如下：①将拉力传感器固定在小车上。②平衡摩擦力，让小车在不受拉力时做__匀速直线__运动。③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端绕过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必需调整滑轮的高度使__细线与长木板平行__。④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车到达A、B时的速率vA、vB。⑤变更所挂钩码的数量，重复④的操作。(2)表中记录了试验测得的几组数据，veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝__eq\f(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2L)__。请将表中第4次的试验数据填写完整(结果保留三位有效数字)。次数F/Nveq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)/(m2·s－2)a/(m·s－2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.65__4.84__53.005.495.72(3)由表中数据，在图上作出a－F关系图线。__图见解析__(4)对比试验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的缘由除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是__没有完全平衡摩擦力__。解析：(1)②平衡摩擦力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动。③为保证细线的拉力不变，细线必需与木板平行。(2)由匀变速直线运动速度与位移的关系veq\o\al(2,t