（人教版）必修第一册高一物理同步讲练测专题4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（练）（原卷版）

专题4.2实验：探究加速度与力、质量的关系【练】一．练基础过关1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(1)实验环境的等效法：_____________________________________________；(2)实验条件设计的科学方法：___________________________________________；(3)实验原理的简化：_________________________________________________，即当小车质量m车≫m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力m槽g；(4)实验数据处理的科学方法：__________________________________________；(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：________________。(以上各题均选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)2.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。(1)在补偿小车与长木板之间阻力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a＝______m/s2。(2)补偿阻力后，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/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s－2)0.691.181.662.182.70请根据实验数据在图丙所示坐标系中作出a－F的关系图像。丙(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，主要原因是____________。3.“探究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示，实验中通过力传感器将绳中拉力大小的信息以无线方式传输给数据采集系统，用打点计时器打出的纸带求出小车运动的加速度。甲乙(1)下列实验要求中正确的是________。A.细线不需要与木板平行B.可以不平衡摩擦力C.砝码和托盘总质量不需要远小于小车的质量D.需要测量砝码和托盘的总质量(2)实验中得到一条打点的纸带如图乙所示，取A到G共7个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得AD间距离为x1、AG间距离为x2，则打点计时器打下D点时小车的速度大小为________，小车加速度大小为________。(3)实验中保持小车质量不变，改变砝码的质量，测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a，作出a－F图像。下列图像中正确的是________。4.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”的实验装置。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)实验主要步骤如下：①将拉力传感器固定在小车上；②补偿阻力，让小车在不受拉力时做________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槽码相连；为保证小车所受沿长木板方向的拉力不变，必须调节滑轮的高度使____________________。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改变所挂槽码的数量，重复④的操作。(2)表中记录了实验测得的几组数据，veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)是两个速度传感器记录的速率的平方差，则加速度的表达式a＝________。请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留3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)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.6553.005.495.72(3)据表中数据，在图上作出a－F关系图线。(4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是________________________。5.为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间的距离为x，牵引槽码的质量为m，回答下列问题：(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。A.m1＝5g B.m2＝15gC.m3＝40g D.m4＝400g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度a的表达式为________________。(用Δt1、Δt2、D、x表示)二．练能力提升1．如图甲是利用气垫导轨探究“在外力一定的条件下，物体加速度与质量的关系”的实验装置．实验步骤如下：甲乙①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平；②用游标卡尺测出挡光条的宽度l；③由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离s；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动后释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M；⑦改变滑块的质量重复步骤④⑤⑥进行多次实验．根据上述实验完成下列问题：(1)关于实验操作，下列说法正确的是________．A．应先接通光电门后释放滑块B．调节气垫导轨水平时，应挂上砝码盘C．应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行D．每次都应将滑块从同一位置由静止释放(2)用测得的物理量的字母表示滑块加速度a＝______________.(3)由图乙画出的图线(实线)，可得到砝码和砝码盘的总重力G＝________N.(4)在探究滑块加速度a和质量M间的关系时，根据实验数据画出如图乙所示的图线，发现图线与理论值(虚线)有一定的差距，可能原因是_____________________________________________________________________________________________________________.2．某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系．轻质弹簧测力计固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用停表记下木块从P运动到Q处的时间t.(1)木块的加速度可以用d和t表示为a＝________.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F的关系．选项图中能表示该同学实验结果的是________．ABCD(3)用加水改变拉力大小的方法与挂钩码的方法相比较，它的优点是________．A．可以改变滑动摩擦力的大小B．可以更方便地获取更多组实验数据C．可以更精确地测出摩擦力的大小D．可以获得更大的加速度以提高实验精度3．研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系，该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为力传感器，P为沙桶(内有沙子)，M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板．甲乙(1)要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还需要的实验仪器是____________(选填“刻度尺”“天平”或“停表”)．(2)按上述方案做实验，是否要求沙桶和沙子的总质量远小于车的质量？________(选填“是”或“否”)．(3)已知交流电源的频率为50Hz，某次实验得到的纸带如图乙所示，图中相邻计数点之间还有4个点未画出．则计时器打点D时，纸带的速度大小vD________m/s，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2.(结果均保留两位有效数字)4.如图(a)(b)所示分别为甲、乙两位同学探究加速度与力的关系的实验装置示意图，他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门的时间。甲同学直接用细线跨过定滑轮把滑块和钩码连接起来[如图(a)]，乙同学用细线绕过定滑轮把滑块与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码[如图(b)]，每次滑块都从A处由静止释放。(1)实验时应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他实验器材情况下，如何判定调节到位？_____________________________________________________________________。(2)实验时，两同学首先将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间Δt，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是____________________________________________________________________。(3)甲、乙两位同学通过改变钩码的个数来改变滑块所受的合外力，甲同学在实验时还需要测量记录的物理量有________________________，实验时必须满足的条件是________；乙同学在实验时需要测量记录的物理量有________________________。(4)乙同学在完成实验时，下列不必要的实验要求是________。(填选项前字母)A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行三．练名校真题1.(2020·福建厦门一中月考)小米同学用如图所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验时保持小车(含车中重物)的质量不变，细线下端悬挂钩码的重力视为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a。(1)下列操作中，是为了保证“细线下端悬挂钩码的重力视为小车受到的合力F”这一条件的有________。A.实验前应将木板远离定滑轮一端适当垫高，以平衡摩擦力B.实验前应调节定滑轮高度，使定滑轮和小车间的细线与木板平行C.小车的质量应远小于钩码的质量D.实验时，应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)如图为实验中打出的一条纸带，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。已知所用电源的频率为50Hz，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位小数)。(3)改变细线下端钩码的个数，得到a－F图像如图所示，造成图线不过原点的原因可能是_______________________________________________________。2.(2020·石嘴山市三中期中)为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的总质量(滑轮质量不计)。(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是________。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出)。已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留2位有效数字)。(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图像是一条直线，图线与横轴的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________。A.2tanθ B.eq\f(1,tanθ)C.k D.eq\f(2,k)3.(2021·恩施州期中)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图1所示的实验装置，其中M为小车和小车上的滑轮的总质量，m为沙和沙桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小．(1)下列实验操作中，一定要进行的是________．A．用天平测出沙和沙桶的总质量B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力C．调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行D．为减小误差，一定要保证m远小于M(2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为____________m/s2(结果保留三位有效数字)．(3)该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线(图象没有画出)，求得图线的斜率为k，则小车和小车上的滑轮的总质量为________．A.eq\f(1,k)B．kC.eq\f(2,k)D．2k4．(2021·东胜校级月考)为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图1所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法