2023-2024學年高一物理人教版必修一 4.2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系同步練習含解析

第第頁2023-2024學年高一物理人教版必修一4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系同步練習（含解析）2.實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

學校:___________姓名：___________班級：___________考號：___________

一、單選題

1.關(guān)于驗證“作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比”的實驗，以下做法正確的是()

A.平衡摩擦力時，應(yīng)將重物用細繩通過定滑輪系在小車上

B.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力

C.實驗時，先放開小車，再接通電源

D.可以利用天平測出重物的質(zhì)量和小車的質(zhì)量，直接用公式求出加速度

2.圖甲是用來探究加速度和力之間關(guān)系的實驗裝置示意圖，圖乙是其俯視圖．兩個相同的小車，放在比較光滑的水平板上摩擦力很小，可以略去，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里可放砝碼．兩個小車后端各系一條細線，細線后端用夾子固定，打開夾子，小盤和砝碼牽引小車使兩小車同時開始運動，合上夾子，兩小車同時停止．用刻度尺測出兩小車通過的位移，則位移之比就等于它們的加速度之比．為了探究加速度大小和力大小之間的關(guān)系，下列說法中正確的是()

A.使小盤和砝碼的總質(zhì)量盡可能等于小車質(zhì)量

B.若將小車放在粗糙水平板上，對實驗結(jié)果沒有影響

C.位移之比等于加速度之比是因為小車的位移與加速度成正比

D.可在兩小盤內(nèi)放置相同質(zhì)量的砝碼，在兩小車內(nèi)放置不同質(zhì)量的砝碼進行實驗

3.在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，我們用實驗研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下，加速度和作用力的關(guān)系”，又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系”這種研究物理問題的科學方法是()

A.建立理想模型的方法B.控制變量法

C.等效替代法D.類比法

4.如圖所示，在研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗中，平衡摩擦力后，若、兩個相同的小車所受拉力分別為、，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為、，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為、，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有()

A.當、時，

B.當、時，

C.當、時，

D.當、時，

二、多選題

5.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，下列說法正確的是()

A.平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪用細繩拴在小車上

B.連接砝碼盤和小車的細繩應(yīng)與長木板平行

C.平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動，每次改變小車質(zhì)量時，應(yīng)重新平衡摩擦力

D.小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車

6.甲、乙、丙、丁四位同學在做探究加速度與物體質(zhì)量和合力的關(guān)系的實驗時，使用圖所示的裝置，設(shè)小車和車上砝碼的總質(zhì)量為，小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量為，分別得出如圖中、、、四個圖像，其中圖、、是圖像，圖是圖像，則下列說法正確的是()

A.甲和乙較好地把握了實驗條件：遠大于

B.丙和丁沒有把握好實驗條件：遠大于

C.圖中長木板的傾角太大，圖中長木板的傾角太小

D.甲、乙、丙三位同學中，丙同學較好地完成了平衡摩擦力的操作

7.在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，按實驗要求組裝好器材后，應(yīng)按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的合理順序是()

保持重物的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復幾次

保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測出加速度，重復幾次

用天平測出小車和重物的質(zhì)量

平衡摩擦力，使小車近似做勻速直線運動

掛上重物，接通打點計時器的電源，放開小車，在紙帶上打下一系列的點

根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，分別畫出圖線和圖線

A.B.C.D.

8.如圖是某些同學在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖像，下列說法中正確的是()

A.形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大

B.形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小

C.形成圖丙的原因是所掛鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量

D.形成圖丁的原因是所掛鉤碼質(zhì)量與小車質(zhì)量相當

三、實驗題

9.某次實驗測得如下數(shù)據(jù)：當一定時，與的關(guān)系如表一所示；當一定時，和的關(guān)系如表二所示．

表一

表二

在如圖所示的相應(yīng)坐標系中分別作出表一、表二所給數(shù)據(jù)確定物理量的圖線．

在研究與的關(guān)系時，作了的圖線，而不作的圖線，試分析作的圖線有何優(yōu)點？

10.某同學利用圖甲所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度與鉤碼的質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖乙所示．實驗中小車含發(fā)射器的質(zhì)量為，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：

根據(jù)該同學的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量呈_______填“線性”或“非線性”關(guān)系．

由圖乙可知，圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是______________________________________________________________________________．

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(jié)論，并直接以鉤碼所受重力作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進措施是______________________________________，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是______________________________________________________________________________．

11.光電計時器是一種研究物體運動情況的常見計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，、分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置．當有物體從、之間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．現(xiàn)利用圖乙所示的裝置設(shè)計一個“探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗，圖中是水平桌面，是一端帶有定滑輪的長木板，為了平衡小車與木板間的摩擦，將木板端用木塊墊高．將光電門固定在靠近木板滑輪一端的點與之連接的光電計時器沒有畫出小車上固定著用于擋光的窄片，讓小車從木板上的點由靜止滑下，與光電門連接的計時器顯示窄片的擋光時間。

用游標卡尺測量窄片的寬度，用米尺測量、兩點間距為，已知，與光電門連接的計時器顯示的擋光時間為，則小車的加速度表達式_________結(jié)果用所給字母表示。

某同學在實驗中保持小車質(zhì)量不變，改變沙與沙桶質(zhì)量，并將沙和沙桶的重力當成小車所受的合外力，通過多次測量作出圖線，如圖丙中實線所示．試分析圖線不過坐標原點的原因是_________，圖線上部明顯偏離直線的原因是_______________________________________________________________。

12.如圖所示是某同學探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置．他在氣墊導軌上安裝了一個光電門，滑塊上固定一遮光條，遮光條的寬度為，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為，滑塊用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，鉤碼的質(zhì)量為，每次滑塊都從位置由靜止釋放．

實驗時，接通氣源，將滑塊從位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間，已知位置到光電門的距離為，用、、表示滑塊運動的加速度__________．

下列不必要的一項實驗要求是__________．

A.應(yīng)使滑塊與遮光條的總質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量

B.應(yīng)使位置與光電門間的距離適當大些

C.應(yīng)將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平

D.應(yīng)使細線與氣墊導軌平行

改變鉤碼的質(zhì)量，記錄對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)和遮光條通過光電門的時間，通過描點作出線性圖像，研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出__________圖像．選填“”“”或“”

有一位同學想測得在斷開氣源的情況下，滑塊與導軌之間的動摩擦因數(shù)，他調(diào)整氣墊導軌水平，斷開氣源時，測得滑塊在軌道上運動的加速度為，此時鉤碼的質(zhì)量為；不改變鉤碼的質(zhì)量，接通氣源，測得滑塊在軌道上運動的加速度為，用、、、表示滑塊與導軌間的動摩擦因數(shù)__________．

13.在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，小王同學采用如圖甲所示裝置，其中小車及砝碼的質(zhì)量用表示，沙和沙桶的質(zhì)量用表示，小車的加速度可由小車后端拖動的紙帶計算得出．

往沙桶中加入一定量的沙子，當與的大小關(guān)系滿足________時，可近似認為繩對小車的拉力大小等于沙和沙桶的總重力；在釋放小車________填“之前”或“之后”接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點．

在平衡摩擦力后，他用打點計時器打出的一段紙帶如圖乙所示，該紙帶上相鄰兩個計數(shù)點間還有個點未標出，打點計時器使用的交流電的頻率是，則小車的加速度大小是________，當打點計時器打點時小車的速度是________結(jié)果保留三位有效數(shù)字

小張同學用同一裝置做實驗，他們倆在同一坐標系中畫出了圖像如圖丙所示，小張和小王同學做實驗，哪一個物理量是不同的？答：________________________________．

14.為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗．其中、為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑行器通過、光電門時，光束被遮擋的時間、都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為，擋光片的寬度為，光電門間的距離為，牽引砝碼的質(zhì)量為回答下列問題．

實驗開始時，應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，判定調(diào)節(jié)是否到位的方法是_________________________________________________________________．

若取，改變的值，進行多次實驗，以下的取值不合適的一個是()

A.

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、、、表示．

15.某同學設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系．彈簧測力計固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧測力計的掛鉤和礦泉水瓶連接．在桌面上畫出兩條平行線、，并測出間距開始時將木板置于處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧測力計的示數(shù)，以此表示滑動摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋?，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧測力計的示數(shù)，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到處的時間．

木板的加速度可以用、表示為__________；為了減小測量加速度的偶然誤差，可以采用的方法是寫出一種即可________________________________________________．

改變瓶中水的質(zhì)量重復實驗，確定加速度與彈簧測力計示數(shù)的關(guān)系．下列圖像中能表示該同學實驗結(jié)果的是___________．

在本實驗中，用加水的方法改變拉力的大小，該方法與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是___________．

A.可以改變滑動摩擦力的大小可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)

C.可以比較精確地測出摩擦力的大小可以獲得更大的加速度以提高實驗精度

16.在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，做如下探究：

為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，可利用圖所示裝置進行對比實驗．兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止．抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下．對比兩小車的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比．關(guān)于實驗條件，下列正確的是：_________選填選項前的字母．

A.小車質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同

B.小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同

C.小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同

某同學為了定量驗證中得到的初步關(guān)系，設(shè)計實驗并得到小車加速度與質(zhì)量的組實驗數(shù)據(jù)，如下表所示．在圖所示的坐標紙上已經(jīng)描好了組數(shù)據(jù)點，請將余下的一組數(shù)據(jù)描在坐標紙上，并作出圖像．

次數(shù)

在探究加速度與力的關(guān)系實驗之前，需要思考如何測“力”請在圖中畫出小車受力的示意圖．為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是：_________選填選項前的字母．

A.使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力

B.若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力

C.無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力

D.讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力

17.某同學設(shè)計了一個探究加速度與物體所受合力及物體質(zhì)量關(guān)系的實驗，圖所示為實驗裝置簡圖交流電源的頻率為．

圖所示為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________保留兩位有效數(shù)字

保持沙和沙桶的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，分別得到小車加速度與質(zhì)量及對應(yīng)的，數(shù)據(jù)如下表．

序號

小車加速度

小車質(zhì)量

請在圖所示的坐標紙中畫出圖線，由圖線可得小車的加速度與質(zhì)量的倒數(shù)之間的關(guān)系式為__________．

保持小車的質(zhì)量不變，改變沙和沙桶的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度隨合力變化的圖線，如圖所示．該圖線不通過原點，其主要原因是________________．

答案和解析

1.【答案】

【解析】平衡摩擦力時，要求小車處在無動力的情況下，選項A錯誤；

平衡摩擦力時，是小車重力沿木板方向的分力與摩擦力平衡，設(shè)木板與水平面間的夾角為，有，則，由此分析可知，實驗中只需要平衡一次摩擦力，選項B正確；

實驗時需要先接通打點計時器的電源，再釋放小車，以充分利用紙帶，選項C錯誤；

小車的加速度是通過打點計時器打出來的紙帶進行求解的，不是用求出來的，選項D錯誤．

2.【答案】

【解析】小盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時，才能保證繩對小車的拉力大小等于小盤和砝碼的總重力大小，A錯誤；

粗糙水平板對小車有摩擦力，改用粗糙水平板后小車受到的合力不等于繩子的拉力，B錯誤；

根據(jù)初速度為零的勻變速直線運動公式可知，當時間一定時，位移與加速度成正比，實驗中兩小車運動的時間相同，所以兩車的位移之比等于加速度之比，C正確；

實驗的目的是探究加速度和力之間的關(guān)系，即探究小車的加速度和小車受的合力之間的關(guān)系，所以應(yīng)在兩小車內(nèi)放置相同質(zhì)量的砝碼進行實驗，在兩小盤內(nèi)放置不同質(zhì)量的砝碼改變合力，D錯誤．

3.【答案】

【解析】略

4.【答案】

【解析】兩小車相同，當時，若，則，由得，A正確，B錯誤．

若，由于兩小車的質(zhì)量未知，故無法確定兩車加砝碼后的質(zhì)量關(guān)系，進而兩小車的加速度關(guān)系也就不清楚，因此無法斷定兩車的位移關(guān)系，、D錯誤．

5.【答案】

【解析】平衡摩擦力時，應(yīng)將細繩從小車上拿去，墊高長木板遠離滑輪的一端，讓小車的重力沿木板的分力平衡摩擦力，故A錯誤；

若連接砝碼盤和小車的細繩與長木板不保持平行，則繩子拉力不等于小車所受的外力，這樣導致誤差增大，故B正確；

平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動，但每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿木板的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C錯誤；

實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，因此要求小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車，故D正確．

6.【答案】

【解析】圖像和都是直線，說明滿足小車和車上砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量，而丙和丁沒有把握好此條件，故圖線出現(xiàn)彎曲，、B正確；

圖像、、中只有圖線過原點，說明只有丙較好地完成了平衡摩擦力的操作，D正確；

圖像中圖線在橫軸上有截距，即為某一值時才開始有加速度，說明長木板傾角太小，沒有很好地平衡摩擦力，而圖像中圖線在縱軸上有截距，說明長木板傾角太大，平衡摩擦力過度，C錯誤．

7.【答案】

【解析】探究與的關(guān)系與探究與的關(guān)系的順序可互換．

8.【答案】

【解析】題圖甲圖像中，當時，加速度，說明時，物體受到的合力已不等于零，即平衡摩擦力時長木板傾角過大，使物體重力沿長木板向下的分力大于摩擦力；題圖乙中時，趨于無窮大，在有限的力下有不為的加速度，說明重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，即平衡摩擦力時長木板傾角過大；題圖丙、丁中圖線彎曲的原因均是不滿足所掛鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，鉤碼重力不近似等于小車所受合力．故B、C錯誤，、D正確．

9.【答案】作出的兩個圖線如答圖所示．

的圖線是曲線，難以找出規(guī)律，的圖線是直線，容易找出規(guī)律．

【解析】同答案

10.【答案】非線性

未平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力

調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力；遠小于小車含發(fā)射器的質(zhì)量

【解析】根據(jù)題圖乙坐標系中給出的點連線，可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量呈非線性關(guān)系．

根據(jù)題圖乙中數(shù)據(jù)，當小于某一值時，小車受到鉤碼的拉力的作用，但沒有加速度，故可能的原因是未平衡摩擦力或軌道的傾斜度過小，沒有完全平衡摩擦力．

在實驗中若“直接以鉤碼所受重力作為小車受到的合外力”，則需要滿足兩個條件：平衡摩擦力；鉤碼的質(zhì)量遠小于小車含發(fā)射器的質(zhì)量．

11.【答案】木塊墊得太高或平衡摩擦力過度不滿足沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量

【解析】解：

小車沿斜面做勻加速直線運動，經(jīng)過光電門的瞬時速度為，根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律有，即．

由題圖丙可知，當拉力為零時，小車加速度不為零，原因是木塊墊得太高或平衡摩擦力過度；圖線明顯偏離直線的原因是不滿足沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

12.【答案】

【解析】

【分析】滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度。根據(jù)運動學公式解答

從實驗原理和實驗誤差角度分析操作的步驟

根據(jù)牛頓第二定律分析即可。

分別根據(jù)牛頓第二定律分析斷開氣源和未斷開氣源列式聯(lián)立解得。

處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項，知道滑塊經(jīng)過光電門時的網(wǎng)時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度。

【解答】由題意可知，該實驗中保持滑塊與遮光條的總質(zhì)量不變，因此有，根據(jù)光電門測速原理可得滑塊經(jīng)過光電門時的速度，解得；

拉力是直接通過力傳感器測得的，與滑塊質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小無關(guān)，故A是不必要的；應(yīng)使位置與光電門間的距離適當大些，這樣有利于減小誤差，是必要的；應(yīng)將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平，且保持細線與氣墊導軌平行，這樣拉力才等于合力，、是必要的；故本題應(yīng)選A；

由于，可知與成正比，要探究與的關(guān)系，可通過探究與的關(guān)系得到，若與成正比，則可得到與成正比，因此應(yīng)作圖像；

根據(jù)加速度與力的關(guān)系，斷開氣源時有，打開氣源時有，解得。

13.【答案】；之前；；；小車及砝碼的質(zhì)量。

【解析】

【分析】

本題考查了實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理，掌握勻變速直線運動的推論：可以求出小車的加速度應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式可以分析兩實驗中不同的物理量。

當小車質(zhì)量遠大于沙和沙桶質(zhì)量時可以近似認為小車受到的拉力等于沙和沙桶的重力。

應(yīng)用勻變速直線運動的推論：可以求出小車的加速度，根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度求解打點的速度。

應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式，然后分析圖示圖象答題。

【解答】

假設(shè)小車及砝碼的加速度為，繩的拉力大小為，對沙和沙桶有，對小車及砝碼有，聯(lián)立可得，故只有在的情況下可近似認為拉力大小等于；為增加打出的有效點的個數(shù)，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車．

紙帶上每相鄰兩個計數(shù)點間還有個計時點，所以相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔是，根據(jù)逐差法求解加速度

根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，可得點的速度為．

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，即圖像的斜率等于小車及砝碼的質(zhì)量的倒數(shù)，所以兩人的實驗中小車及砝碼的質(zhì)