新人教版物理必修1：實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第二節(jié)實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系對應(yīng)學(xué)生用書P49建議用時：30分鐘）一、選擇題1．（實驗過程）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時，下列說法中正確的是（）A?同時測出物體的質(zhì)量、加速度和力，能容易發(fā)現(xiàn)三者之間的關(guān)系保持物體的質(zhì)量不變，一定要測出加速度的數(shù)值，才能找出加速度與力的關(guān)系C?可以利用物體做自由落體運動來探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系D.如果加速度與力的圖象是一條過原點的傾斜直線，則加速度與力成正比答案D解析判斷三個量之間的關(guān)系時，應(yīng)控制一個量不變，來探究另外兩個量之間的關(guān)系，即采取控制變量法，A錯誤；本實驗只是探究兩個量之間的關(guān)系，只要找到二者之間的比例關(guān)系即可，不一定要測出加速度的具體數(shù)值，B錯誤；自由落體運動的加速度a=g,不隨質(zhì)量而變化，C錯誤；如果物體的質(zhì)量一定，a與F的圖象為過原點的直線，a與F成正比，故D正確。2．（平衡摩擦力）（多選）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的是（）A?“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想法讓小車受到的摩擦力為零“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受重力的一個分力與小車所受的摩擦阻力相平衡C?“平衡摩擦力”應(yīng)在小車被砝碼盤拉動的過程中進行D?“平衡摩擦力”是否成功，可由小車拖動的紙帶上的點跡間距是否均勻確定答案BD解析在小車的運動過程中摩擦阻力總是存在的，無法使之為零，A錯誤；平衡摩擦力的本質(zhì)就是讓小車所受重力的一個分力與摩擦阻力平衡，B正確；平衡摩擦力時不掛小盤，讓小車拖動紙帶自由運動，調(diào)整長木板的傾角，直至所打紙帶上的點跡間距均勻為止，C錯誤，D正確。3．（平衡摩擦力）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，需要平衡摩擦力。平衡摩擦力時，應(yīng)該讓小車（）A?掛上小盤，拖上紙帶，開動打點計時器B?不掛小盤，拖上紙帶，開動打點計時器C?掛上小盤，不拖紙帶D?不掛小盤，不拖紙帶答案B解析平衡摩擦力時，應(yīng)把紙帶所受的摩擦力一起平衡掉，所以應(yīng)讓小車拖上紙帶，且讓打點計時器處于工作狀態(tài)，B正確。4．（實驗方法）在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個物理量的關(guān)系時，我們用實驗研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下，加速度和作用力之間的關(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(xué)方法是（）A.建立理想模型的方法B.控制變量法等效替代法D.類比法答案B解析實驗先控制質(zhì)量m不變，探究加速度a與作用力F間的關(guān)系；再控制作用力F不變，探究加速度a與質(zhì)量m間的關(guān)系，最后綜合得到加速度a與作用力F、質(zhì)量m間的關(guān)系，屬于控制變量法，故B正確。（實驗過程）（多選）按實驗要求裝置好器材后，應(yīng)按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的安排順序不盡合理，其合理順序是（）保持重物的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復(fù)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(fù)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1根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，分別畫出a—F和a—m的圖線A?③④⑤①②⑥B?③⑤④①②⑥④③⑤①②⑥D(zhuǎn)?④③⑤②①⑥答案ACD一一1解析③④是實驗準備，順序可顛倒，①是驗證a—m關(guān)系，②是驗證a—F關(guān)系，這兩步順序也可顛倒，⑤是實驗做法，⑥是實驗數(shù)據(jù)的處理，所以合理順序為A、C、D。（實驗綜合）（多選）經(jīng)過對加速度與物體的質(zhì)量和合外力的關(guān)系的探究學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道物體的加速度a與物體所受的力F及物體的質(zhì)量m滿足關(guān)系式a*F，1a*-。如果在光滑的水平面上有一質(zhì)量為m的物體受到水平力F的作用，從靜

止開始在t時間內(nèi)移動了位移X。要使位移變?yōu)?x，可采用以下哪種方法（）A.將水平恒力增為4FB?將物體的質(zhì)量減為原來的一半將作用時間增為2t將作用時間增為4t答案AC解析當質(zhì)量m、作用時間不變時，作用力增為4F，由于a*F，所以加速一12一一度a增為原來的4倍，由x=2at得距離變?yōu)?x，A正確；同理可知B錯誤；當12一F、m不變時，a不變，若時間變?yōu)?t，由x=2&t得距離變?yōu)?x，故C正確，D錯誤7.(實驗圖象)如圖所示是根據(jù)探究加速度與力的關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)描繪的a-F圖象，下列說法錯誤的是()A?三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量不同直線1所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大直線3所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大由圖象可以看出在質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受合外力成正比答案B解析由圖象知F相同時，對應(yīng)的加速度大小ai>a2>a3,根據(jù)F相同時，加速度與質(zhì)量成反比，所以mivm2Vm3，故A、C正確，不符合題意，B錯誤，符合題意；由圖象可知D正確，不符合題意。二、非選擇題(按照題目要求作答，計算題須寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計算的題注明單位)(實驗綜合)在保持質(zhì)量不變，探究加速度與物體受力之間的關(guān)系的實驗中，小車質(zhì)量M和提供拉力的砝碼質(zhì)量m分別選取下列四組值：M=500g，m分別為50g、70g、100g125gM=500g，m分別為20g、30g、40g、50gM=200g,m分別為50g、75g、100g、125gM=200g，m分別為30g、40g、50g、60g如果其他操作都正確，那么在選用組值進行實驗時所畫出的圖線較準確。在選用此組值時，m取寸實驗誤差較大。答案(1)B(2)50g解析(1)B組中數(shù)據(jù)，最容易滿足小車質(zhì)量M遠大于砝碼質(zhì)量m的條件。50g與其他三個數(shù)值比較而言，不是最滿足Mm,所以m取50g時實驗誤差較大。(實驗綜合)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，滲透了研究問題的多種科學(xué)方法：TOC\o"1-5"\h\z實驗環(huán)境的等效法：。實驗條件設(shè)計的科學(xué)方法：。實驗原理的簡化：，即當小車質(zhì)量M車m砂時，細繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g。實驗數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：。1⑸由a—M車圖象轉(zhuǎn)化為a—百圖象，所用的科學(xué)方法：。IVI車(以上各題均選填“理想實驗法”“圖象法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”)答案⑴平衡摩擦力法(2)控制變量法(3)近似法⑷圖象法(5)化曲為直法解析(1)由于小車運動受到摩擦阻力，所以要進行平衡摩擦力，以減小實驗誤差，稱為平衡摩擦力法。在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時，先保持其中一個量不變，來探究其他兩個量之間的關(guān)系，稱為控制變量法。當小車質(zhì)量M車m砂時，細繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g，稱為近似法。通過圖象研究實驗的結(jié)果，稱為圖象法。1在作圖時，由a—M車圖象轉(zhuǎn)化為a—一圖象，使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線，M車稱為化曲為直法。(實驗圖象)現(xiàn)測得某一物體所受外力F—定時，其加速度a與其質(zhì)量m的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表:

a/(ms2)2.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.001根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，畫出a—m圖象1⑵由a—m■圖象可知，當F—定時，a與m成系答案⑴如圖所示反比11解析⑴要畫a—m圖象，需要先求出對應(yīng)的m，其數(shù)據(jù)分別為0.50、0.67、0.80和1.00,然后描點，連線。1(2)由圖象可知，a與m成正比，即a與m成反比。(實驗綜合)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)使用了如圖甲所示的裝置，打點計時器使用的交流電頻率為50Hz。乙內(nèi)

乙內(nèi)該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖乙所示，自A點TOC\o"1-5"\h\z起，相鄰兩點的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時小車的速度為m/s小車的加速度為m/55o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)該保持變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持變。該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖丙所示，則圖中直線部分不過原點的原因可能是o答案(1)0.855.0(2)拉力F(砂和砂桶的總質(zhì)量)小車質(zhì)量ME點的瞬時速度XDFVEE點的瞬時速度XDFVE=2T解析(1)D、F兩點間的平均速度即為316.0316.0+18.0x102X0.02/山2.0X10-2m/s=0.85m/s，根據(jù)Ax=a十得：a=尹=―0.02—m/s=5.0m/so(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)該保持細線對車的拉力F不變即砂桶(含砂)的質(zhì)量不變；若該同學(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。圖中當F=0時，a^0o說明當繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0,也就是說小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實驗前木板一端墊得過高,即平衡摩擦力過度。(實驗綜合)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示。當小車(包括車中砝碼)的質(zhì)量M與砝碼及砝碼盤的質(zhì)量m的大小關(guān)系滿足時，才可以認為繩對小車的拉力大小近似等于砝碼盤及砝碼盤中砝碼的重力。在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。打點計時器打點的時間間隔為0.02&從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離。該小車的加速度大小a=m/sO答案(1)mM(2)0.16長木板傾角過大，平衡摩擦力過度未平衡掉摩擦力或長木板傾角過小O答案(1)mM(2)0.16長木板傾角過大，平衡摩擦力過度未平衡掉摩擦力或長木板傾角過小解析(1)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗中，要保證mM，才能保證繩子的拉力近似等于盤及盤中砝碼的重力。計數(shù)點時間間隔T=0.1s,間距xi=3.52cm,X2=3.68cm，X3=3.83cm?！盻22ai+32X3—xi2因X2—xi=aiT2，X3—X2=a2T，a=—2—，得a=qt?~0.16m/s。圖線甲，F(xiàn)=0時，小車就有了加速度，可見是長木板傾角過大，平衡摩擦力過度。圖線乙，有了拉力時，加速度仍為0,說明未平衡摩擦力或長木板傾角過小。(實驗綜合)為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖果保留兩位有效數(shù)字)下圖是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象。兩同學(xué)的圖象都不過原點，試分析可能的原因甲

所示的實驗裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量。（滑輪1彈貸測力計質(zhì)量不計）1彈貸測力計u址帶\訂點訃時器0-]~~'冇—IT（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)量將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力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，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶為減小誤差，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（2）該同學(xué)在實驗中得到如圖所示的一條紙帶（兩相鄰計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出），已知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/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。單位單位;珂1答案（1）BCD（2）1.3解析（1）由實驗原理圖可以看出，由彈簧測力計的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M,A、E錯誤；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B正確；小車應(yīng)靠近打點計時器，先接通電源，再放小車，同時讀出彈簧測力計的示數(shù)，C正確；為了多測幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實驗，D正確。（2）由逐差法可得：小車的加速度XX34—X01+X45—X12+X56—X23a=9T若取M=若取M=0.4kg,改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是。A.m1=5gB.m2=15gC.m3=40gD.400g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At1、A2、D、x表示)。答案(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動；或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計時器記錄的每一個光電門的光束被遮擋的時間At都相等Ut2丿—A1丿(2)D(3)a=解析(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動；或取下牽引砝碼,輕推滑行器，用數(shù)字計時器記錄的每一個光電門的光束被遮擋的時間A都相等。12將T=50X3s=0.06s代入，可得a~1.3m/s2。(實驗創(chuàng)新)為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗。其中Gi、G2為兩個光電門，它