2021～2022學年新教材高中物理課后落實16加速度與力質(zhì)量之間的關系【含答案】

加速度與力、質(zhì)量之間的關系(建議用時：40分鐘)1．利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關系，得到質(zhì)量相等的兩輛小車的實驗數(shù)據(jù)如下表所示：小車編號F/Ns/cm10.15020.299.5(1)從以上兩組數(shù)據(jù)中可以得出加速度a1與a2之比為多少？(2)從實驗的結果得出什么結論？[解析]由eq\f(a1,a2)＝eq\f(s1,s2)可得eq\f(a1,a2)≈eq\f(1,2)，由表中數(shù)據(jù)可得eq\f(F1,F2)＝eq\f(1,2)，由此可知物體受到的合外力越大，加速度越大．(1)eq\f(1,2)(2)當物體的質(zhì)量保持不變時，物體受到的合外力越大，產(chǎn)生的加速度越大．2．一同學在“探究加速度與質(zhì)量的關系”實驗中保持拉力不變，得到了小車加速度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示．實驗序號加速度a/(m·s－2)小車與砝碼總質(zhì)量m/kg小車與砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)m－1/(kg－1)10.290.205.020.250.254.030.220.303.340.180.352.950.160.402.5(1)請你在如圖所示的方格紙中建立合適的坐標，并畫出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關系的圖線．(2)由圖線可知F一定時，a與m成________關系．[解析]由數(shù)據(jù)猜測a與eq\f(1,m)成正比關系，建立a-eq\f(1,m)坐標進行描點連線．由圖線可知a-eq\f(1,m)圖線為過原點的直線，故F一定時，a與eq\f(1,m)成正比，即a與m成反比關系．(1)見解析圖(2)反比3．在研究作用力F一定時，小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關系時，某同學設計的實驗步驟如下：A．用天平稱出小車和所掛槽碼的質(zhì)量B．按圖裝好實驗器材C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛槽碼D．將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量E．保持所掛槽碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G．作a-M關系圖像，并由圖像確定a與M的關系(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在步驟________之后．(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟________，應把________改為________．(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟E________，應把________改為________．(4)仔細觀察該同學安裝的實驗裝置圖，請改正以下三個實驗器材的位置錯誤．①電磁打點計時器的位置________；②小車位置________；③滑輪位置________．[解析](1)實驗中把所掛槽碼的重力之和看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力且應排在步驟B之后．(2)電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在4～6V交流電源上．(3)作a-M關系圖像，得到的是曲線，很難進行正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a-eq\f(1,M)關系圖像．(4)①電磁打點計時器應靠右端安裝，留出小車的運動空間；②釋放小車時，小車應靠近打點計時器；③連接小車的細繩應平行于木板，故應調(diào)節(jié)滑輪位置使細繩平行于木板．(1)平衡摩擦力B(2)D6V電壓的蓄電池4～6V的交流電源(3)Ga-M圖像a-eq\f(1,M)圖像(4)①應靠右端②應靠近打點計時器③使細繩平行于木板時滑輪所處位置4．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，某同學使用了如圖所示的裝置，打點計時器的打點頻率為50Hz．(1)該同學得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個計時點，如圖所示，相鄰兩點間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時小車的速度為________m/s，打A、F兩點的過程中小車的平均速度為________m/s，小車的加速度為________m/s2．(2)該同學要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關系，應該保持拉力不變，得到多組數(shù)據(jù)后他應描繪的圖像是________(選填“a-M”或“a-eq\f(1,M)”)圖像．(3)該同學通過對數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖像如圖所示，則①圖中的直線不過原點的原因是____________________________．②此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是___________________________．[解析](1)E點瞬時速度vE＝eq\f(xDF,2T)＝0.85m/s；A、F兩點的過程中小車的平均速度eq\x\to(v)AF＝eq\f(xAF,5T)＝0.7m/s；由Δx＝aT2可得a＝eq\f(Δx,T2)＝5m/s2．(2)在拉力一定時，a與M成反比，故得到多組數(shù)據(jù)后他應描繪的圖像是a-eq\f(1,M)；(3)①由圖像可知，當拉力為0時小車的加速度大于0，故直線不過原點的原因是平衡摩擦力時角度過大；②要使繩子所掛沙和沙桶的重力的大小作為細繩對小車拉力的大小，必須使m≤M，否則將會出現(xiàn)較大誤差．(1)0.850.75(2)a-eq\f(1,M)(3)①平衡摩擦力過度②不滿足小車的質(zhì)量遠遠大于沙和沙桶的質(zhì)量5．在“探究加速度和力、質(zhì)量的關系”實驗中，采用如圖所示的裝置圖進行實驗：(1)實驗中，需要在木板的右端墊上一個小木塊，其目的是_______________________________________________________________________________．(2)實驗中，已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為m，若要將砝碼(包括砝碼盤)的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是_____________________________________________________________________________________________________________________________．(3)在實驗操作中，下列說法正確的是()A．求小車運動的加速度時，可用天平測出砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量m，以及小車質(zhì)量M，直接利用公式a＝eq\f(m,M)g求出B．實驗時，應先接通打點計時器的電源，再放開小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關系[解析](1)本實驗木板表面不可能光滑，摩擦力會影響實驗結果，所以要平衡摩擦力．(2)根據(jù)牛頓第二定律得，mg＝(M＋m)a，解得a＝eq\f(mg,M＋m)，則繩子的拉力F＝Ma＝eq\f(Mmg,M＋m)＝eq\f(mg,1＋\f(m,M），可知當砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量m遠小于小車質(zhì)量M時，小車所受的拉力等于砝碼(包括砝碼盤)的總重力，所以應滿足的條件是砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．(3)本實驗的目的是：探究加速度和力、質(zhì)量的關系，所以不能把牛頓第二定律當成已知的公式來使用，故A錯誤；使用打點計時器時，應該先接通電源，后釋放紙帶，故B正確；平衡摩擦力后μ＝tanθ與重物的質(zhì)量無關，所以不用再次平衡摩擦力，故C錯誤；本實驗采用控制變量法，故D正確．(1)平衡摩擦力(2)m≤M(3)BD6．某同學利用圖(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應關系圖，如圖(b)所示．實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g，實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到．回答下列問題：(a)(b)(1)根據(jù)該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成________(選填“線性”或“非線性”)關系．(2)由圖(b)可知，a-m圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是____________________________________________________________________________________．(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應采取的改進措施是_________________________________________，鉤碼的質(zhì)量應滿足的條件是________________________________________．[解析]這是探究小車加速度與鉤碼質(zhì)量的關系，所以該實驗必須平衡摩擦力，并且要保證鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．(1)由圖像可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關系．(2)a-m圖線不經(jīng)過原點，在m軸上有截距，即掛上小鉤碼后小車加速度仍為零，可能的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．(3)本實驗直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則應采取的措施是調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力，鉤碼的質(zhì)量應滿足的條件是遠小于小車的質(zhì)量．(1)非線性(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質(zhì)量7．某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系．圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010kg．實驗步驟如下：(a)(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑．(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余(N－n)個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應的加速度a．(3)對應于不同的n的a值見下表．n＝2時的s-t圖像如圖(b)所示；由圖(b)求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結果填入下表．n12345a/(m·s－2)0.200.580.781.00(b)(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖線．從圖線可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比．(c)(5)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標號)．A．a(chǎn)-n圖線不再是直線B．a(chǎn)-n圖線仍是直線