5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 同步练习（解析版）-2022-2023学年高一物理上学期（鲁科版2019必修第一册）

5.2科学探究：加速度与力、质量的关系同步练习（解析版）1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是（）A．理想实验法 B．等效替代法C．控制变量法 D．建立模型法2．图甲是用来探究加速度和合力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，并排放在水平光滑板上，前端各系一条细绳，细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止运动。下列说法正确的是（）A．实验中应使小车质量不同、砝码质量相同B．实验中必须用到的测量仪器是秒表、刻度尺、天平C．若将水平光滑板换为水平粗糙板、不会影响实验探究的结果D．若小盘和砝码的总质量远小于小车质量，则小盘和砝码的重力近似等于绳的拉力3．如图是用阻力补偿法“探究加速度与力的关系”的实验装置，小车的前端固定有拉力传感器，跨过定滑轮的轻绳一端固定于传感器，另一端与装有砝码的托盘相连。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（）A．B．C． D．4．在“验证牛顿运动定律”的实验中，保持小车的质量不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据在坐标纸上画出a-F关系的点迹，如下图所示。经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生这些问题的主要原因可能是（）

A．轨道与水平方向夹角太小，或没有平衡摩擦力B．轨道与水平方向夹角太大C．所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势D．所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势5．某实验小组用如图所示的装置验证牛顿第二定律。（1）实验时先不挂钩码，反复调整垫木的位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是____________________。（2）为了近似认为绳对小车的拉力等于钩码的重力，应满足钩码的质量______小车的质量。（填“远大于”或“远小于”）6．用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车（含砝码）质量m的关系，某同学设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量B．按图安装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，启动打点计时器，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量E.保持小桶及桶内沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的m值，重复上述实验F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G.作a-m图像，并由图像确定a与m的关系（1）该同学漏掉的一个重要实验步骤是___________，该步骤应排在步骤___________之后。（2）在上述步骤中，有错误的是步骤___________，应把___________改为___________。（3）在上述步骤中，处理不恰当的是步骤___________，应把___________改为___________。7．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。（1）在补偿小车受到的阻力的过程中，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0.02s，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）阻力得到补偿后，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示坐标系中作出a-F关系图像。___________（3）本实验已正确补偿了阻力，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___________。8．分析加速度a与力F的定量关系由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图所示，若图像是一条______，就能说明a与F成正比。9．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持______运动为止（纸带上相邻点间距相等），此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。10．为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学在水平桌面上组装了如右图所示的实验装置。实验时，可在小车上安装一轻薄板，以增大空气对小车运动的阻力。实验中所用的小车质量M＝0.9kg，砝码和砝码盘的总质量m＝0.1kg。（1）未装薄板时，往砝码盘中加入一小砝码，接通打点计时器的电源后，再释放小车，在纸带上打出一系列的点，纸带如下图所示：

A、B、C、D、E是选取的五个计数点，其中相邻计数点之间的时间间隔为T=0.1s，各计数点到第一个计数点A的距离分别为：d1=3.62cm、d2=8.13cm、d3=13.54cm、d4=19.83cm，则小车加速度a的表达式为____________（用题中给定的字母表达），该同学通过加速度进一步分析计算了小车运动所受摩擦阻力的大小；（2）在（1）的装置基础上，加装上薄板后，利用纸带求出小车不同时刻的速度，作出小车的v－t图象(如图所示)，通过图象分析，可知随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）计算物体受到的空气阻力时，若该同学把砝码和砝码盘的总重力当作小车所受到的拉力，则他求得的空气阻力________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值；（4）若v－t图象中t＝0.2s时刻，曲线的切线如图中虚线所示，则t＝0.2s时，物体受到空气阻力为______N（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）。11．小谭同学利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。（1）一端固定有定滑轮的长木板放在水平桌面上，按照图甲安装好器材，图甲中电源插头应该插入________。A．4V～6V的正弦交流电源B．4V～6V的直流电源C．220V的直流电源D．220V的正弦交流电源（2）往空砂桶里，逐渐加入砂子，当小车开始缓慢运动时，取下砂桶，在天平上称得砂和砂桶的质量为m0，由此可知，小车受到的摩擦力为________。（3）在满足小车质量M远大于砂和砂桶质量m的条件下进行实验，根据实验得到的多组数据，即砂和砂桶的质量m和小车对应的加速度a，画出的图像如图乙所示，重力加速度大小为g，则图中b表示的物理量为________，图像斜率为________。12．某同学在“探究加速度和力、质量的关系的实验”中，保持小车和车上砝码的总质量M不变，测得其加速度a和拉力F的数据如下表所示。F/N0.200.300.400.500.60a/m·s-20.100.200.290.400.51（1）根据表中的数据在坐标图中作出a-F图像；___________（2）图线斜率的物理意义是___________；（3）图线（或延长线）与F轴的截距的物理意义是___________；（4）小车和砝码的总质量M为___________kg。13．某校物理兴趣小组的同学想通过实验验证牛顿第二定律，他们用到了如下图所示的实验装置：在桌面上有一倾角为θ的固定斜面，其顶端处有一个光滑的定滑轮。斜面上固定放置了中心间距为L的两个光电门1和2。质量为M的滑块B，其中心上方的挡光片宽度为d。已知重力加速度为g。实验步骤如下：①挂上小桶A，并向内加入适量水，让滑块从底部沿斜面滑上，观察到通过两个光电门用时相等；②取下小桶A，测出桶和水的总质量m；③撤掉小桶A和细线，单独让滑块B从斜面顶端滑下，测得通过1，2两个光电门的时间分别为t1、t2，并进一步计算出加速度大小。请回答下列问题：（1）在步骤①中，向小桶内加入水而不是放入砝码，这样做的好处是_________________。（2）步骤③中，滑块B加速度的表达式为_______________________；（3）若本实验中各物理量满足关系式___________________________，则验证牛顿第二定律成立；（4）实际上，光电门测出的速度，是滑块通过光电门过程的平均速度，从而导致步骤③中滑块下滑加速度的测量结果有误差。则加速度的测量误差是_____________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。14．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。（1）在实验过程中，某小组同学打出了一条纸带如图乙所示。从比较清晰的点起，量出相邻计数点之间的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，两计数点时间间隔为T。则该小车的加速度的表达式a=______；（2）在探究a-F关系中，该小组同学在完成相关实验操作步骤后，得到如下五组数据砝码重力F（N）0.1960.3920.5880.7840.980加速度a（m/s2）0.691.181.662.182.70根据表格上的实验数据作出的a-F图线如图所示，你认为可能的原因是______（填入相应的字母）。A．实验中没有对小车平衡摩擦力B．在对小车平衡摩擦力时，长木板倾角太大C．计算重力时漏加砝码盘的重力D．实验没有满足砝码及砝码盘质量远小于小车质量参考答案1．C【详解】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是控制变量法。故选C。2．D【详解】A．实验中要探究加速度和合力之间的关系，所以要控制小车质量不变，变化合力，探究加速度随合力的变化情况，故A错误；B．实验中需要使用刻度尺测量小车的位移，从而确定加速度之比；合外力之比可以通过砝码和小盘的质量比确定，所以需要测量砝码和小盘的质量；实验中不需要测量时间，故B错误；C．若将水平光滑板换为水平粗糙板，则小车所受合力之比不再等于砝码和小盘的总质量之比，所以会影响实验探究的结果，故C错误；D．设绳子的拉力为，系统的加速度为，砝码和小盘的质量之和为，小车的质量为，则有两式分别乘以、后右侧相等，解得当时，，故D正确。故选D。3．C【详解】平衡摩擦力后，用传感器测得的绳子的拉力即为小车受到的合力，根据可知a-F图像是过原点的直线。故选C。4．AC【详解】AB．拉力不为零时，加速度仍为零，可能没有平衡摩擦力，故A正确，B错误；CD．造成上部点迹有向下弯曲趋势，原因是没有满足所挂钩码的总质量远远小于小车质量，故C正确，D错误。故选AC。5．平衡摩擦力远小于【详解】(1)[1]小车运动过程所受摩擦力难以测量，为了使绳上的拉力等于小车所受合力，应先平衡摩擦力，即先不挂钩码，反复调整垫木的位置，直到小车做匀速直线运动。(2)[2]由牛顿第二定律可得，对小车对钩码联立解得当时，，故为了近似认为绳对小车的拉力等于钩码的重力，应满足钩码的质量远小于小车的质量。6．补偿阻力BD6V电压的蓄电池8V电压的交流电源Gm【详解】(1)[1][2]实验中把小桶及桶内沙子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须补偿阻力（平衡摩擦力）且应排在步骤B之后。(2)[3][4][5]有错误的步骤为D，电磁打点计时器使用的是低压交流电，故应把“6V电压的蓄电池”改为“8V电压的交流电源”。(3)[6][7][8]处理不恰当的步骤是G，作a-m图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，应把m改为。7．0.16计算F时忘记加入砝码盘的重力【详解】(1)[1]由题意可知计数点间的时间间隔为T==0.1s由图乙可知，时间相等的相邻两段位移差为Δx=0.16cm=1.6×10-3m由Δx=aT2可得a=0.16m/s2(2)[2]用描点法画出a-F图线如图所示(3)[3]补偿小车与长木板之间的阻力后，a-F图像仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图像向左平移。8．过原点的直线【详解】略9．匀速直线【详解】略10．变大大于0.63【详解】（1）[1]根据匀变速直线运动的规律，即相等时间内位移之差与加速度的关系，可得代入数据可得（2）[2]由速度时间图像可知，速度随时间变化越来越慢，可知小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律可得，合外力越来越小，拉力又不变，故空气的阻力变大；（3）[3]对小车故有对砝码和砝码盘所以由得，把砝码和砝码盘的总重力当作小车所受到的拉力，因为F偏大，所以求得的空气阻力f大于真实值；（4）[4]由牛顿第二定律和图像可得解得11．D【详解】（1）[1]图甲中使用的是电火花计时器，则电源插头应该插入220V的正弦交流电源。故选D。（2）[2]当小车开始缓慢运动时，绳子的拉力大小等于砂和砂桶的重力对于小车受到拉力和摩擦力作用，小车开始缓慢运动则（3）[3][4]对于根据牛顿第二定律即即b表示的是纵轴的截距，为图像的斜率12．小车和砝