2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系訓(xùn)練含解析新人教版必修第一冊(cè)

PAGE5-試驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系合格考訓(xùn)練(25分鐘·滿分60分))1．(20分)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗(yàn)中，滲透了探討問題的多種科學(xué)方法：(1)試驗(yàn)環(huán)境的等效法：__平衡摩擦力法__；(2)試驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：__限制變量法__；(3)試驗(yàn)原理的簡(jiǎn)化：__近似法__，即當(dāng)小車質(zhì)量M車?m沙時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g；(4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：__圖像法__；(5)由a－M車圖像轉(zhuǎn)化為a－eq\f(1,M車)圖像，所用的科學(xué)方法：__化曲為直法__。(以上各題均選填“志向試驗(yàn)法”“圖像法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“限制變量法”或“近似法”)解析：(1)由于小車運(yùn)動(dòng)受到摩擦阻力，所以要進(jìn)行平衡摩擦力，以減小試驗(yàn)誤差，稱為平衡摩擦力法；(2)在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱為限制變量法；(3)當(dāng)小車質(zhì)量M車?m沙時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g，稱為近似法；(4)通過圖像探討試驗(yàn)的結(jié)果，稱為圖像法；(5)在作圖時(shí)，由a－M車圖像轉(zhuǎn)化為a－eq\f(1,M車)圖像，使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線，稱為化曲為直法。2．(12分)如圖1所示，為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)裝置，槽碼的質(zhì)量為m1，小車和砝碼的質(zhì)量為m2，重力加速度為g。試驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，作出a－F圖像，他可能作出圖2中__甲__(選填“甲”“乙”“丙”)圖線。此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要緣由是__D__。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．所用小車和砝碼的質(zhì)量m2太大D．槽碼的質(zhì)量m1太大解析：圖丙表示平衡摩擦力過度，圖甲表示沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。圖線彎曲表示沒有滿意m2?m1的試驗(yàn)條件。3．(14分)(2024·北京市東城區(qū)高一上學(xué)期期末)圖甲是用來探究加速度和力之間關(guān)系的試驗(yàn)裝置示意圖，圖乙是其俯視圖。兩個(gè)相同的小車，放在帶有定滑輪的木板上(事先通過調(diào)整木板與水平面間的夾角來抵消摩擦力的影響)，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里放有砝碼。兩個(gè)小車后端各系一條細(xì)線，細(xì)線后端用夾子固定，打開夾子，小盤和砝碼牽引小車運(yùn)動(dòng)，合上夾子，兩小車同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。(1)用刻度尺測(cè)出兩小車的位移，位移之比就等于它們的__加速度__之比；(2)為了探究加速度大小和力大小之間的關(guān)系，應(yīng)保持兩個(gè)__小車__(選填“小車”或“小盤和砝碼”)的質(zhì)量相等；(3)為減小誤差，應(yīng)使小盤和砝碼的總質(zhì)量盡可能__遠(yuǎn)小于__(選填“遠(yuǎn)小于”“等于”或“大于”)小車質(zhì)量。解析：(1)依據(jù)初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間關(guān)系x＝eq\f(1,2)at2，兩小車運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，位移與加速度成正比；(2)依據(jù)限制變量法，要探究加速度和力之間的關(guān)系，須要小車的質(zhì)量保持不變，即兩小車質(zhì)量相等；(3)試驗(yàn)中用小盤和槽碼的重力作為小車受到的拉力。只有在盤和盤中槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí)，繩對(duì)小車?yán)Υ笮〗频扔诒P和盤中槽碼的重力。4．(14分)某試驗(yàn)小組利用圖1所示的裝置進(jìn)行“探究加速度與合外力的關(guān)系”的試驗(yàn)。(1)在試驗(yàn)中必需將長木板右端墊高，目的是__平衡摩擦力__，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)小車能勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，表明已調(diào)好。(2)為了減小誤差，每次試驗(yàn)必需通過變更鉤碼的個(gè)數(shù)來變更小車所受合外力，獲得多組數(shù)據(jù)。若小車質(zhì)量為400g，試驗(yàn)中每次所用的槽碼總質(zhì)量范圍應(yīng)選__A__組會(huì)比較合理。(填選項(xiàng)前的字母)A．10g～40g B．200g～400gC．1000g～2000g(3)圖2中給出的是試驗(yàn)中獲得的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未標(biāo)出，由該紙帶可求得小車的加速度a＝__1.11_m/s2__。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(4)變更鉤碼的個(gè)數(shù)重復(fù)試驗(yàn)，得到加速度a與合外力F的關(guān)系如圖3所示，分析線段OA，可得出試驗(yàn)結(jié)論是__在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比__。解析：(1)試驗(yàn)中將長木板右端墊高，是為了平衡摩擦力。(2)為削減試驗(yàn)誤差，應(yīng)滿意M?m，所以應(yīng)選A組槽碼。(3)a＝eq\f(x35－x13,4T2)＝1.11m/s2(4)由圖3可知，加速度與合外力成正比。等級(jí)考訓(xùn)練(15分鐘·滿分40分))1．(18分)某探討性學(xué)習(xí)小組用如圖1所示的裝置探究牛頓其次定律，該小組在試驗(yàn)中確定的探討對(duì)象是小車，而且認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力等于沙桶和沙的總重力，也是小車所受的合外力。(1)(多選)對(duì)該試驗(yàn)，以下說法中正確的是__CD__。A．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的干電池組上，先接通電源，再放開小車B．在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車在沙桶和沙的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦力C．試驗(yàn)中必需使沙桶和沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D．細(xì)線對(duì)小車的真實(shí)拉力肯定略小于沙桶和沙的總重力(2)某同學(xué)在做試驗(yàn)時(shí)，不慎將已平衡好摩擦力的長木板下面墊的小木片向遠(yuǎn)離定滑輪端移動(dòng)一段距離而沒有發(fā)覺，那么描繪出來的a－F圖像應(yīng)是圖2中的哪一個(gè)？__B__(3)如圖3所示是某同學(xué)在試驗(yàn)中打出的一條紙帶，O、A、B、C、D為在紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)，所用交變電源的頻率為50Hz，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：OA＝2.40cm，AB＝2.81cm，BC＝3.24cm，CD＝3.64cm。則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝__0.344__m/s，該物體運(yùn)動(dòng)的加速度a＝__0.418__m/s2(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)解析：(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為6V以下的溝通電源上，故A錯(cuò)誤；平衡摩擦力時(shí)，沙桶和沙不能掛在小車上，故B錯(cuò)誤；當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于沙和沙桶的總重力大小，故C正確；細(xì)線對(duì)小車的真實(shí)拉力肯定略小于沙桶和沙的總重力，故D正確，故選C、D。(2)長木板下面墊的小木片向遠(yuǎn)離定滑輪端移動(dòng)一段距離，導(dǎo)致木板傾角減小，平衡摩擦力不夠，因此當(dāng)存在一微小拉力F時(shí)，物體的加速度為零，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。(3)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.1s；所以有：vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(0.0324＋0.0364,0.2)m/s＝0.344m/s依據(jù)Δx＝aT2有：a＝eq\f(xBD－xOB,2T2)＝eq\f(0.0324＋0.0364－0.0240＋0.0281,4×0.12)m/s2＝0.418m/s2。2．(22分)如圖為用拉力傳感器(能測(cè)量拉力的儀器)和速度傳感器(能測(cè)量瞬時(shí)速度的儀器)探究“加速度與物體受力的關(guān)系”的試驗(yàn)裝置。用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，在長木板上相距L＝48.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，分別記錄小車到達(dá)A、B時(shí)的速度。(1)試驗(yàn)主要步驟如下：①將拉力傳感器固定在小車上。②平衡摩擦力，讓小車在不受拉力時(shí)做__勻速直線__運(yùn)動(dòng)。③把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端繞過定滑輪與鉤碼相連；為保證細(xì)線的拉力不變，必需調(diào)整滑輪的高度使__細(xì)線與長木板平行__。④接通電源后自C點(diǎn)釋放小車，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力F的大小及小車到達(dá)A、B時(shí)的速率vA、vB。⑤變更所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)④的操作。(2)表中記錄了試驗(yàn)測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)，veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)是兩個(gè)速度傳感器記錄速率的平方差，則加速度的表達(dá)式a＝__eq\f(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2L)__。請(qǐng)將表中第4次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫完整(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。次數(shù)F/Nveq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)/(m2·s－2)a/(m·s－2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.65__4.84__53.005.495.72(3)由表中數(shù)據(jù)，在圖上作出a－F關(guān)系圖線。__圖見解析__(4)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的關(guān)系圖線(圖中已畫出理論圖線)，造成上述偏差的緣由除了拉力傳感器讀數(shù)可能偏大外，還可能是__沒有完全平衡摩擦力__。解析：(1)②平衡摩擦力完成的依據(jù)是小車在不受拉力作用時(shí)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。③為保證細(xì)線的拉力不變，細(xì)線必需與木板平行。(2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與位移的關(guān)系veq\o\al(2,t