2023-2024學年高中物理人教版（2019）必修第一冊課后習題 第4章 2-實驗：探究加速度與力、質量的關系（含答案）

2.實驗:探究加速度與力、質量的關系必備知識基礎練1.圖甲為探究加速度與力、質量的關系的實驗裝置。(1)在補償阻力的過程中,若所有的操作均正確,打出的紙帶如圖乙所示,根據紙帶點跡可判斷應適當(選填“減小”或“增大”)木板的傾角,直至小車勻速運動;

(2)補償阻力后,當滿足小車質量m0遠大于鉤碼質量m的條件時,小車所受的合力可近似等于鉤碼的重力。實驗中,當所掛鉤碼數量一定時,研究小車加速度a與其質量m0的關系,由于未滿足上述質量條件,實驗結果得到的圖像可能是;

(3)圖丙為實驗中打出的一條紙帶,紙帶上有七個相鄰的計數點,每個相鄰計數點間有4個點未標出,經測量:xAB=4.21cm、xBC=4.63cm、xCD=5.04cm、xDE=5.50cm,xEF=5.92cm,xFG=6.35cm。已知電源的頻率為50Hz,則小車的加速度a=m/s2。(結果保留2位有效數字丙2.(2022山東菏澤高一期末)某同學用帶有滑輪的長木板、小車、打點計時器、沙和沙桶等,做探究物體的加速度與力的關系的實驗。甲乙丙(1)圖甲為其安裝的實驗裝置,在該裝置中有一處明顯的錯誤,是(選填“a”“b”“c”或“d”)處。

(2)糾正錯誤后,正確操作實驗中打出了一條紙帶,從比較清晰的點開始,在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數點A、B、C、D、E,相鄰兩個計數點之間都有4個點沒有標出,測出各計數點到A點的距離,如圖乙所示。已知打點計時器工作電源的頻率為50Hz,則此次實驗中打C點時小車運動的速度vC=m/s,小車的加速度a=m/s2(結果保留兩位有效數字)。

(3)實驗時改變沙桶內沙的質量,分別測量小車在不同外力作用下的加速度,根據測得的多組數據畫出a-F關系圖像,如圖丙所示。圖線的上端明顯偏離直線,造成此現象的主要原因是(選填下列選項的序號)。

A.小車與平面軌道之間存在摩擦B.平面軌道傾斜角度過大C.所掛沙桶和沙的總質量過大D.所用小車的質量過大關鍵能力提升練3.(2022廣西玉林模擬)圖甲為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖。連接在小車后面的紙帶穿過電火花計時器,小車和掛在豎直面內的拉力傳感器,用一條柔軟的輕繩通過光滑的定滑輪和動滑輪連接起來,拉力傳感器是一種將物理信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置,用于測小車受到拉力的大小。甲乙丙(1)在安裝器材時,要調整定滑輪的高度,使系小車的輕繩與木板平行。你認為這樣做的目的是(填字母代號)。

A.防止電火花計時器在紙帶上打出的點痕不清晰B.在平衡摩擦力后使輕繩拉力等于小車受到的合力C.防止小車在木板上運動過程中發(fā)生抖動D.保證小車最終能夠實現勻速直線運動(2)實驗中(選填“需要”或“不需要”)滿足所掛鉤碼質量遠小于小車質量。

(3)第一實驗小組在實驗中得到如圖乙所示一條紙帶的一部分,用毫米刻度尺測量并在紙帶上標出了這部分的長度,相鄰兩計數點間的距離如圖乙所示,相鄰兩計數點間還有4個計時點未標出,已知電火花計時器使用的交變電源的頻率為50Hz,根據圖中數據計算得加速度大小為m/s2。(計算結果保留兩位有效數字)

(4)第二實驗小組根據測量數據作出如圖丙所示的a-F圖像,該同學做實驗時存在的問題是。

4.某同學探究小車加速度與力的關系的實驗裝置如圖甲所示,他將光電門固定在水平軌道上的B點,用不同重物通過細線拉同一小車,每次小車都從同一位置A由靜止釋放。甲(1)若遮光條的寬度d=4.7mm,實驗時將小車從位置A由靜止釋放,由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt,則小車經過光電門時的速度為v=(用字母表示)。

(2)測出多組重物的質量m和對應遮光條通過光電門的時間Δt,通過描點作出線性圖像,研究小車加速度與力的關系,處理數據時應作出圖像。

A.Δt-m B.Δt2-mC.1Δt-m D.1(3)有一位同學通過實驗測量作出的圖線如圖乙所示,試分析:乙圖線不通過坐標原點的原因是________________________;_____________________________;

②圖線上部彎曲的原因是_____________________________________。

2.實驗:探究加速度與力、質量的關系1.解析(1)根據紙帶點跡可判斷小車做加速運動,則應適當減小木板的傾角,直至小車勻速運動。(2)當滿足m?m0的條件時,小車所受的合力可近似等于鉤碼的受力,隨著1m0逐漸增大,即m0逐漸減小,則不再滿足m?m0的條件,實際測得的加速度a=mgm+m0小于近似后計算得到的加速度(3)根據Δx=aT2解得a=xDG-xAD9T2=(6.35+5.答案(1)減小(2)B(3)0.432.解析(1)木板帶滑輪的一端應該放在桌子邊緣,則錯誤之處是a。(2)由于每兩個計數點之間還有四個計時點,則計數點之間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s,根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度知vC=xAD-xAB2T=0.54m/s,由逐差法得a=(xAE(3)根據牛頓第二定律,對沙桶mg-F=ma,對小車F=m0a解F=mg1+mm0,本實驗是把沙和沙桶的重力當作小車的合力,a與F成線性關系。而根據F=mg1+mm0可知,只有m?m0時才成立。故答案(1)a(2)0.541.0(3)C3.解析(1)實驗中調節(jié)定滑輪高度,使輕繩與木板平行,可在平衡摩擦力后使輕繩的拉力等于小車所受的合力,如果不平行,輕繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力,改變了摩擦力就不能使輕繩拉力等于小車所受的合力,故A、C、D錯誤,B正確。(2)由于本實驗中的力傳感器可以讀出繩的拉力,所以不需要滿足所掛鉤碼質量遠小于小車質量。(3)因紙帶上兩相鄰計數點的時間間隔為T=0.10s,設x1=9.50cm,x2=11.00cm,x3=12.50cm,x4=14.00cm,a=a1+a22=(x4+(4)圖像在F軸上的截距不為零。說明力傳感器顯示有拉力時,小車仍然靜止,這是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠造成的。答案(1)B(2)不需要(3)1.5(4)沒有平衡摩