高一物理人教版必修一 第二節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 課時小測

4/44/44/4第二節(jié)實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課時小測一、選擇題1．(多項選擇)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中,某組同學(xué)用如下圖裝置,采用控制變量的方法,來研究小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與小車受到外力的關(guān)系.以下措施中不必要或不正確的選項是()A．首先要平衡摩擦力,使細(xì)繩對小車的拉力就是小車受到的合外力B．平衡摩擦力的方法,是在塑料小桶中添加砝碼,使小車能勻速滑動C．每次改變小車?yán)蠖家匦缕胶饽Σ亮．實驗中應(yīng)先接通打點計時器的電源,再釋放小車【答案】BC【解析】實驗首先要平衡摩擦力,使小車受到合力就是細(xì)繩對小車的拉力,A正確；平衡摩擦力的方法就是,小車與紙帶相連,小車前面不掛小桶,把小車放在斜面上給小車一個初速度,看小車能否做勻速直線運動,B錯誤；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ,故tanθ=μ.所以無論小車的質(zhì)量是否改變,小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力,改變小車質(zhì)量即改變拉小車?yán)?不需要重新平衡摩擦力,C錯誤；實驗中應(yīng)先接通電源,后放開小車,D正確2．(單項選擇)在研究小車的加速度a和小車的質(zhì)量M的關(guān)系時,由于始終沒有滿足M>>m(m為砂桶及砂桶中砂的質(zhì)量)的條件,結(jié)果得到的圖象應(yīng)是如以下圖中的圖()A．B．C．D．【答案】D【解析】隨著1M增大,小車質(zhì)量在減小,因此小車質(zhì)量不再滿足遠大于砂和小砂桶的質(zhì)量,加速度不可能一直均勻增大,加速度的增大幅度將逐漸減小,最后趨近與定值g,D3．在物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)中科學(xué)家們總結(jié)出了許多物理學(xué)方法,如理想實驗法、控制變量法、極限思想法、類比法、科學(xué)假設(shè)法和建立物理模型法等。以下關(guān)于物理學(xué)研究方法的表達不正確的選項是〔

〕A．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時,用質(zhì)點來代替物體的方法運用了假設(shè)法B．根據(jù)速度的定義式v=ΔxΔt,當(dāng)Δt趨近于零時,可以表示物體在t時刻瞬時速度C．在實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時,運用了控制變量法D．推導(dǎo)勻變速直線運動位移公式時,把整個運動過程等分成很多小段,然后將各小段位移相加,運用了微元法【答案】A【解析】等效替代法是一種常用的方法,它是指用一種情況來等效替換另一種情況；沒有采用假設(shè)法；故A錯誤；根據(jù)速度定義式v=△x△t,當(dāng)△t非常非常小時,△x△t就可以表示物體在t時刻的瞬時速度,該定義應(yīng)用了極限思想方法,故B正確；在實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時,因為三量之間相互都有關(guān)系,故應(yīng)采用控制變量法；故C正確；在推導(dǎo)勻變速運動位移公式時,把整個運動過程劃分成很多小段,每一小段近似看作勻速直線運動,然后把各小段的位移相加,這里采用了微元法。故D正確；此題選錯誤的,應(yīng)選二、實驗題4．為了探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系,甲、乙同學(xué)設(shè)計了如下圖的實驗裝置。其中M為小車的質(zhì)量,m為砂和砂桶的質(zhì)量,m0為滑輪的質(zhì)量,滑輪大小不計且光滑。力傳感器可測出輕繩中的拉力大小。〔1〕實驗時,一定要進行的操作是________。A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量B．將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力C．小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄力傳感器的示數(shù)D．為減小誤差,實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M?！?〕甲同學(xué)在實驗中得到如下圖的一條紙帶〔兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出〕,打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2〔結(jié)果保存三位有效數(shù)字〕。〔3〕甲同學(xué)以力傳感器的示數(shù)F為橫坐標(biāo),加速度a為縱坐標(biāo),畫出的a－F圖象是一條直線,圖線與橫坐標(biāo)的夾角為θ,求得圖線的斜率為k,那么小車的質(zhì)量為____________。A．1tanθB．1tanθ〔4〕乙同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出如下圖的a－F圖線,該同學(xué)做實驗時存在的問題是__________．【答案】BC2.00C沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠【解析】〔1〕此題拉力可以由彈簧測力計測出,不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量,也就不需要使小桶〔包括砂〕的質(zhì)量遠小于車的總質(zhì)量,故A、D錯誤。實驗時需將長木板右端墊高,以平衡摩擦力,故B正確。實驗時,小車應(yīng)靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,需記錄傳感器的示數(shù),故C正確。應(yīng)選BC。

〔2〕根據(jù)△x=aT2,運用逐差法得,a=x36-x039T2=(7.10+9.13+11.09-1.10-3.09-5.12)×10-29×0.01m/s2=2.00m/s2。

〔3〕由牛頓第二定律得：2F=ma,那么a=2mF,a-F圖象的斜率：k=2m,那么小車的質(zhì)量m′=m-m0=2k-m0,故C正確。

5．“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗裝置如下圖,用該裝置研究小車加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系時,以下說法正確的選項是()A．先釋放小車,再接通電源B．打點計時器接直流電源C．牽引小車的細(xì)繩應(yīng)與長木板保持平行D．在增加小車質(zhì)量的同時,增大木板的傾角【答案】C【解析】應(yīng)該先接通電源,再釋放小車；打點計時器接電源交流輸出端；牽引小車的細(xì)繩應(yīng)與長木板保持平行；由于已經(jīng)平衡了摩擦力,所以在增加小車質(zhì)量的同時,不必增大木板的傾角；選項C正確。6．某同學(xué)做加速度與合力、質(zhì)量關(guān)系的實驗,實驗裝置如下圖。采用控制變量法研究加速度與合力的關(guān)系時,根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制了如下圖a-F圖像,那么從圖像可知,該同學(xué)在做實驗的過程中有兩個實驗環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤,請問他的兩個失誤是：〔1〕___________________________________________________________；〔2〕___________________________________________________________【答案】〔1〕平衡摩擦力時,木板傾角太大,平衡過度〔2〕增大合力時,最后的數(shù)據(jù)測量中,配重的質(zhì)量增加太多【解析】研究加速度與力的關(guān)系實驗中,在實驗前要平衡摩擦力,如果不平衡摩擦力或平衡摩擦力缺乏,那么a-F圖象在F軸上有截距；如果平衡摩擦力時,木板傾角太大,平衡過度,那么a-F圖象在a軸上有截距；只有當(dāng)小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量時才可近似認(rèn)為小車受到的拉力等于鉤碼的重力,如果鉤碼質(zhì)量太大,小車受到的拉力明顯小于鉤碼重力,a-F圖象不是直線,要發(fā)生彎曲。所以答案為：〔1〕平衡摩擦力時,木板傾角太大,平衡過度；〔2〕增大合力時,最后的數(shù)據(jù)測量中,配重的質(zhì)量增加太多。7．探究小車加速度與合力、質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示：①假設(shè)要探究小車的加速度與合力的關(guān)系,應(yīng)保持_________不變,分別改變施加在小車上的拉力F,測出相對應(yīng)的加速度a。②把帶有滑輪的長木板右端墊高,在沒有牽引的情況下讓小車拖著紙帶以一定的初速度沿木板運動,打點計時器在紙帶上打出一系列計時點,如果計時點間距______,就說明摩擦力和小車重力沿木板向下的分力平衡。③實驗過程中,以下做法正確的選項是______A．先接通電源,再使紙帶運動B．先使紙帶運動,再接通電源C．將接好紙帶的小車停在靠近滑輪處D．將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處④實驗中使用50Hz交變電流作電源,在打出的紙帶上選擇5個計數(shù)點A、B、C、D、E,相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出,測量了C點到A點、E點到C點的距離如圖乙所示。那么C點的速度vC=______,紙帶的加速度a=______?！步Y(jié)果保存三位有效數(shù)字【答案】小車質(zhì)量相等AD1.093.00【解析】①假設(shè)要探究小車的加速度與合力的關(guān)系,應(yīng)保持小車質(zhì)量不變,分別改變施加在小車上的拉力F,測出相對應(yīng)的加速度a．

②把帶有滑輪的長木板右端墊高,在沒有牽引的情況下讓小車拖著紙帶以一定的初速度沿木板運動,打點計時器在紙帶上打出一系列計時點,如果計時點間距相等,就說明摩擦力和小車重力沿木板向下的分力平衡．

③實驗過程中,放開小車前,小車要靠近打點計時器,要先接通電源,然后再放開小車故AD正確,選AD．

④計數(shù)點間的時間間隔為：t=0.02s×5=0.1s,

C點的速度vC=AE4t=0.1560+0.27604×0.1=1.08m/s,

紙帶的加速度a=8．為了探究加速度與力的關(guān)系,使用如下圖的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗,其中G1、G2為兩個光電門,它們與數(shù)字計時器相連,當(dāng)滑塊通過G1、G2光電門時,光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄．滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為s,牽引砝碼的質(zhì)量為m.答復(fù)以下問題：(1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘,使氣墊導(dǎo)軌水平,在不增加其他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位？__________(2)假設(shè)取M＝0.4kg,改變m的值,進行屢次實驗,以下m的取值不適宜的一個是________A．m1＝5gB．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g(3)在此實驗中,需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度,其中求得的加速度的表達式為________(用Δt1、Δt2、D、s表示)．【答案】(1)接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,看其能否做勻速直線運動(2)D(3)a=【解析】(1)氣墊導(dǎo)軌可以認(rèn)為是光滑的,在判斷其是否水平時可以采取的方法是接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,滑塊根本保持靜止說明導(dǎo)軌是光滑的,或接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,滑塊能根本做勻速直線運動．(2)在該實驗中實際是mg＝(M＋m)a,要滿足mg近似等于Ma,應(yīng)該使砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量．假設(shè)取M＝0.4kg,改變m的值,進行屢次實驗,m4＝400g不能滿足,應(yīng)選D.(3)根據(jù)擋光片通過光電門的速度可以用平均速度代替得通過第一個光電門的速度v1＝D通過第二個光電門的速度v2＝D根據(jù)運動學(xué)公式得加速度a9．某次“探究加速度a跟物體所受合力F和質(zhì)量m的關(guān)系〞實驗如下．(1)圖甲所示為實驗裝置圖．圖乙為某次實驗得到的一段紙帶,計數(shù)點A、B、C、D、E間的時間間隔為0.1s,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)．(2)保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,進行屢次測量．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨拉力F的變化圖線,如下圖．圖中直線沒有通過原點,其主要原因是_________.(3)保持砂和砂桶質(zhì)量不變,改變小車中砝碼質(zhì)量,進行屢次測量,得到小車加速度a、質(zhì)量m及其對應(yīng)的1m實驗次數(shù)12345678小車加速度a/(m·s－2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小車和砝碼質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671/m/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60a.請在圖所示坐標(biāo)紙中畫出a－1m圖線____________b．根據(jù)作出的a－1m圖象可以得到的結(jié)論是：【答案】(1)0.43(2)實驗前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)(3)a.見解析圖b．圖線為一條過原點的直線,說明在合外力一定時,加速度跟質(zhì)量成反比【解析】(1)由逐差法求小車的加速度：a=xCE-xAC(2)圖線沒有過原點,與F軸有交點,說明實驗前沒有平衡小車的摩擦力(或平衡摩擦力不充分)．(3)根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出a－1m圖線如下圖,由圖可知,圖線為一條過原點的直線,說明在合外力一定時,10．(1)我們已經(jīng)知道,物體的加速度a同時跟合外力F和質(zhì)量m兩個因素有關(guān)．要研究這三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是_____________________．(2)某同學(xué)的實驗方案如下圖,她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,她先做了兩方面的調(diào)整措施：a．用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高,目的是______________________．b．使砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,目的是使拉小車的力近似等于______________．(3)該同學(xué)利用實驗中打出的紙帶求加速度時,處理方案有兩種：A．利用公式a＝2xtB．根據(jù)a＝ΔxT兩種方案中,你認(rèn)為選擇方案________比擬合理．【答案】(1)控制變量法(2)a.平衡摩擦力b.砂桶的重力(3)B【解析】(1)要研究三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是控制變量法．(2)用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高,目的是平衡摩擦力．想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,應(yīng)使砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,目的是使拉小車的力近似等于砂桶的重力．(3)利用實驗中打出的紙帶求加速度時,需要根據(jù)a＝ΔxT2利用逐差法計算,方案B11．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞實驗中,某同學(xué)使用了如圖1所示的裝置,打點計時器使用的交流電頻率為50Hz,砂和砂桶的總質(zhì)量為m,小車的質(zhì)量為M?！?〕該同學(xué)按打點先后順序每隔4個點取1個計數(shù)點,得到了O、A、B、C、D等幾個計數(shù)點,如下圖,用刻度尺量出OA=1.50cm、AB=1.90cm、BC=2.30cm、CD=2.70cm由此可知,打C點時紙帶的速度大小為_______________ms,紙帶運動的加速度大小為_______________ms2。(結(jié)果〔2〕該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M、合外力F的關(guān)系,應(yīng)用了______________法的科學(xué)方法；假設(shè)該同學(xué)要探究加速度a和拉力F關(guān)系,應(yīng)該保持______________不變；〔3〕該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a﹣F圖象,如圖3所示,那么圖中直線不過原點的原因可能是____________．〔4〕此圖線的末段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是：______________A．小車與軌道之間存在摩擦B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C．砂和砂桶的總質(zhì)量太大D．所用小車的質(zhì)量太大．【答案】〔1〕0.250.40〔2〕控制變量小車的質(zhì)量M〔3〕平衡摩擦力過度〔4〕C【解析】〔1〕由于兩相鄰計數(shù)點間有四個點未畫出,所以兩相鄰計數(shù)點時間間隔為：T=0.1s．利用勻變速直線運動的推論得：vC=xBD2T=0.023+0.0270.2=0.25m/s,根據(jù)勻變速直線運動的推論Δx=aT2,得：a=xBD-xOB4T2=0.023+0.027-0.015-0.0194×0?12=0.40m/s2；〔2〕該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系,應(yīng)該保持細(xì)線對車的拉力F不變；假設(shè)該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系,應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變,故采用了控制變量法；〔3〕圖中當(dāng)F=012．某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系〞實驗中,設(shè)計出如下的實驗方案,其實驗裝置如下圖．小車質(zhì)量M=214.6g．砝碼盤質(zhì)量m0=7.8g,所用打點計時器交流電頻率f=50Hz．其實驗步驟是：A．按圖中所示安裝好實驗裝置；