實驗：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系 同步練習(xí)-高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

圖1【實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系】圖11．某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖1所示的裝置探究牛頓第二定律。該小組在實驗中確定的研究對象是小車,而且認為細線對小車的拉力等于砂桶和砂的總重力,也是小車所受的合外力,則對該實驗,以下說法中不正確的是A.在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板,反復(fù)移動木板的位置,直到小車在砂桶和砂的拉動下圖2甲圖2甲B.實驗中必須使砂桶和砂的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C.細線對小車的真實拉力一定略小于砂桶和砂的總重力D.該實驗是應(yīng)用“控制變量法”來探究牛頓第二定律的2．某同學(xué)用如圖2甲所示的裝置探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”。（1）該實驗開始前需要平衡摩擦力，在平衡摩擦力的時候掛砂桶，安裝紙帶和接通打點計時器；每次改變小車的質(zhì)量后(均選填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力。

（2）實驗中打出的一條紙帶的一部分如圖2乙所示。紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C,相鄰圖2丙計數(shù)點之間還有4個點沒有標(biāo)出。打點計時器接在頻率為圖2丙圖2乙上。則打點計時器打圖2乙小車的速度vB=m/s。

（3）該同學(xué)探究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”時，通過測量和處理實驗數(shù)據(jù),得到如圖2丙所示的a-F圖線,發(fā)現(xiàn)圖線不過坐標(biāo)原點,請分析其原因是：；

該圖線斜率的物理意義是：。

3．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，利用如圖3所示的裝置．（1）本實驗采用的實驗方法是:A．控制變量法B．假設(shè)法C．理想實驗法圖3甲圖3甲A．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)改變拉力的大小B．在探究加速度與外力的關(guān)系時，應(yīng)該改變小車的質(zhì)量圖3乙C．在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a－1/m圖3乙D．當(dāng)小車的質(zhì)量遠大于托盤和砝碼的總質(zhì)量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大?。?）某同學(xué)測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示．F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.100.200.280.400.52①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖7所示坐標(biāo)系上作出a－F圖象．②圖線不過原點的原因可能是_______________________．圖44．用如圖4所示的裝置探究在作用力F一定時，小車的加速度a圖4小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下：A．用天平稱出小車和小桶及其內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量；B．按圖裝好實驗器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶；圖5甲砝碼小車打點計時器圖5甲砝碼小車打點計時器打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；E．保持小桶及其內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實驗；F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G．作a－M關(guān)系圖象，并由圖象確定a－M關(guān)系。（1）該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應(yīng)排在________實驗步驟之后．（2）在上述步驟中，有錯誤的是________，應(yīng)把________改為__________．（3）在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_____，應(yīng)把__________改為____________．5．某物理課外小組利用如圖5甲中的裝置探究加速度與物體受力、質(zhì)量之間的關(guān)系。實驗步驟如下：a．將小車置于帶有定滑輪的木板上，把紙帶穿過打點計時器后掛在小車尾部。b．用薄墊塊將木板一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直至小車運動時打點計時器在紙帶上打出的點。aFO圖5乙M2M3Mc．在細繩一端掛上aFO圖5乙M2M3M打點計時器在紙帶上打出一系列點，據(jù)此計算出小車的加速度。d．保持小車的質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，重復(fù)實驗，并記錄數(shù)據(jù)。e．保持重物的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量，重復(fù)實驗，并記錄數(shù)據(jù)。（1）請將步驟b補充完整。（2）步驟c中橫線部分應(yīng)是：A．先開啟打點計時器，稍后再將小車由靜止釋放B．先將小車由靜止釋放，稍后再開啟打點計時器（3）實驗中，小車質(zhì)量M和重物質(zhì)量m分別選取下列四組值：①M=500g，m分別取70g、100g、125g、150g②M=500g，m分別取20g、30g、40g、50g③M=200g，m分別取70g、75g、100g、125g④M=200g，m分別取30g、40g、50g、60g在其它操作都相同且正確的情況下，選用＿＿＿＿組值測量時所畫出的圖線較準(zhǔn)確。在選用此組值時，m?。撸撸撸邥r實驗誤差較大。（4）某實驗小組做本實驗時，用質(zhì)量分別為M、2M、3M的小車進行了實驗并作出了如圖5乙所示的圖像。根據(jù)圖像，你能得到什么結(jié)論？A．質(zhì)量一定時，物體的加速度與受力成正比B．質(zhì)量一定時，物體的加速度與受力成反比C．受力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小D．受力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越大6．用如圖6甲所示實驗裝置研究小車質(zhì)量一定的情況下，加速度與合力的關(guān)系。主要實驗步驟如下：A．如圖所示，安裝實驗器材，調(diào)節(jié)軌道的傾角，輕推小車，使小車恰能做勻速直線運動；紙帶小車打點計時器槽碼圖6甲紙帶小車打點計時器槽碼圖6甲C．將小車放于靠近打點計時器處，接通電源，釋放小車，得到一條打好點的紙帶并記錄槽碼的個數(shù)n；D．保持小車的質(zhì)量不變，改變掛在細線上質(zhì)量相等的槽碼的個數(shù)，再做幾次實驗；E．在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶的加速度a；F．將各次實驗中的數(shù)據(jù)填入表中，做出a-n圖像。n

n

a/（m·s-2）00.2013240.400.600.805678圖6甲（1）實驗步驟A的目的是讓小車加速運動時，小車所受合力的大小______（“大于”“小于”或“等于”）細線拉力的大小。（2）實驗數(shù)據(jù)如下表所示：序號槽碼的個數(shù)n加速度a/(m·s-2)110.12220.24330.37440.47550.60以加速度a為縱軸、槽碼的個數(shù)n為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖6乙所示。=1\*GB3①請在該圖中用“+”標(biāo)出第5條紙帶對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出a-n圖像。=2\*GB3②觀察a-n圖像，可以判斷小車的加速度a與合力F的關(guān)系是成________（選填“正比”或“反比”）。=3\*GB3③若換用一個質(zhì)量更大的小車重新做這個實驗，a-n圖像的斜率應(yīng)________（選填“變大”“變小”或“不變”）。紙帶打點計時器圖7紙帶打點計時器圖7甲重物小車（1）在下列儀器和器材中，還需要使用的有_______A．電壓合適的50Hz交流電源 C．刻度尺 B．電壓可調(diào)的直流電源D．秒表 （2）圖7乙是實驗中打出的一段紙帶，在打出的點中，從O點開始每5個打點間隔取1個計數(shù)點，分別記為A、B、C、D、E、F，相鄰計數(shù)點間的距離已在圖中標(biāo)出。已知打點計時器的打點周期為0.02s。打點計時器打下計數(shù)點C、D的這段時間內(nèi)，小車的平均速度vCD=________m/s。（3）如果不要求很精確，可用這個平均速度vCD粗略地表示打點計時器打下C點時小車的瞬時速度圖7乙vC。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________（選填圖7乙“越大越好”“越小越好”或“與大小無關(guān)”）。（4）類似的，我們可以得到打點計時器打下O、A、B、D、E點時小車的瞬時速度vO、vA、vB、vD、vE，并畫出v-t圖像。觀察v-t圖像，可以判斷小車是否做勻變速直線運動。v-t圖像中，圖線斜率的物理意義是________。8．用圖7甲所示的裝置做“探究加速度與物體受力的關(guān)系”的實驗。主要實驗步驟如下：a．測量小車的質(zhì)量為M，砝碼和托盤的質(zhì)量為m，滿足m<<M，可以認為砝碼和托盤的重力等于小車所受拉力，記為F；b．把紙帶系在小車上，并使紙帶穿過打點計時器。把裝有打點計時器的木板一端稍微墊高，使小車在木板上做勻速運動；c．把連接砝碼和托盤的細線繞過木板上的定滑輪后系在小車上，接通電源，釋放小車，使小車沿長木板運動；d．打點計時器在紙帶上打下一系列的點，圖8甲根據(jù)計數(shù)點間距離求出加速度a；e圖8甲量不變，改變砝碼的質(zhì)量，重復(fù)實驗；f．實驗過程中，小車所受拉力記為F1、F2、F3、F4、F5，對應(yīng)的加速度記為a1、a2、a3、a4、a5。以加速度a為縱軸、小車所受拉力F為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖所示。結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：（1）小車受到拉力為F2時，打出的一條清晰紙帶如圖8甲所示。找一個合適的點當(dāng)作計時起點0，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，分別記為1、2、3、4，用刻度尺測量出相鄰計數(shù)點間圖8丙的距離分別為x1、x2、x3、x4。則小車的加速度大小為______圖8丙紙帶還可以求出打點計時器打下點1時，小車的速度大小為_______。圖圖8乙（2）在圖中已標(biāo)出加速度a1、a3、a4、a5對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖8乙中標(biāo)出加速度a2對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出a-F圖像。（3）另一組同學(xué)實驗時，忘記了平衡摩擦力，繪制出a-F圖線如圖8丙所示。該圖線的斜率為k，縱軸截距為b。由此可知：小車的質(zhì)量為______，小車所受摩擦力大小為______。9．用如圖9甲所示的裝置驗證牛頓第二定律。①除了圖４中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_______。砂桶紙帶圖砂桶紙帶圖9甲墊塊小車打點計時器圖2盤和砝碼=2\*GB3②實驗前平衡小車與木板間摩擦力圖2盤和砝碼裝好，先不掛重物，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做_______運動。③為使砂桶和砂的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，需滿足的條件是砂桶及砂的總質(zhì)量小車的總質(zhì)量。(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)④實驗中打出的一條紙帶的一部分如圖9乙所示。紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C，相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標(biāo)出。打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上。則打點計時器打B點時，小車的速度vB=__________m/s。多測幾個點的速度做出v-t圖像，就可以算出小車的加速度。圖圖9乙3cm456789101112131415ABC⑤為研究加速度和力的關(guān)系，要保證的總質(zhì)量不變，改變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，重復(fù)做幾次實驗，通過實驗數(shù)據(jù)來研究加速度和力的關(guān)系。⑥在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，要保證的砂和砂桶的質(zhì)量不變。若砂和砂桶的質(zhì)量m與小車的總a0C圖9丙a0Aa0Ba0Da0C圖9丙a0Aa0Ba0D10．某物理興趣小組的同學(xué)用圖9甲所示裝置來“驗證牛頓第二定律”。同學(xué)們在實驗中，都將砂和小桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小，通過改變小桶中砂的質(zhì)量改變拉力。為使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，實驗中需要平衡摩擦力。CBAx2x1圖CBAx2x1圖10甲A．低壓交流電源B．秒表C．天平（含砝碼）D．刻度尺（2）下列實驗操作中，哪些是正確的A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募毨K與長木板保持平行B．每次實驗，都要先放開小車，再接通打點計時器的電源C．平衡摩擦力時，將懸掛小桶的細線系在小車上D．平衡摩擦力時，讓小車后面連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶（3）圖10甲是某同學(xué)實驗中獲得的一條紙帶。A、B、C為三個相鄰的計數(shù)點，若相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為T，A、B間的距離為x1，A、C間的距離為x2，則小車的加速度a=_____（用字母表達）。MO圖10丙（4）圖乙是小剛和小芳兩位同學(xué)在MO圖10丙小剛小芳amgO圖10乙小剛小芳amgO圖10乙①由小剛的圖像，可以得到實驗結(jié)論：。②小芳與小剛的圖像有較大差異，既不過原點，，又發(fā)生了彎曲下列原因分析正確的是A．圖像不過原點，可能是平衡摩擦力時木板傾角過大B．圖像不過原點，可能是平衡摩擦力時木板傾角過小C．圖像發(fā)生彎曲，可能是砂和小桶的質(zhì)量過大D．圖像發(fā)生彎曲，可能是小車的質(zhì)量過大（5）正確平衡摩擦力后，小組中一位同學(xué)保持砂和小桶總重力mg不變，通過在小車上增加砝碼改變小車質(zhì)量，進行實驗并得到實驗數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)時，他以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo)，1/a為縱坐標(biāo)，作出1/a－M關(guān)系圖像，示意圖如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)圖線在縱軸上有截距（設(shè)為b）。該同學(xué)進行思考后預(yù)測：若1/a圖像。兩次圖像的斜率不同，但截距相同均為b。若牛頓定律成立，請通過推導(dǎo)說明該同學(xué)的預(yù)測是正確的。圖圖11甲11．某同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力的關(guān)系”和“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”圖1圖11乙圖1圖11丙甲所受的阻力時，以下操作錯誤的是圖11_______(填“甲“或“乙“)。(2)已知打點計時器所用交變電源的頻率為50Hz。該同學(xué)某次實驗得到的紙帶如圖丙所示，A、B、C、圖11丁圖1圖11丁圖11戊據(jù)讀取不當(dāng)，這組數(shù)據(jù)是_______(填A(yù)、B、C、D或E)。根據(jù)上述信息可得小車的加速度大小為_______m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。計數(shù)點ABCDE位置坐標(biāo)(cm)4.505.507.309.9013.3圖圖11甲(3)在探究加速度與力的關(guān)系時，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出的a-F圖像如圖丁所示，發(fā)現(xiàn)該圖線不通過坐標(biāo)原點且BC段明顯偏離直線，分析其產(chǎn)生的原因，下列說法正確的是__________。A.不通過坐標(biāo)原點可能是因為平衡摩擦力不足B.不通過坐標(biāo)原點可能是因為平衡摩擦力過度C.圖線BC段彎曲可能是懸掛物總質(zhì)量來滿足遠小于小車質(zhì)量的條件(4)另一位同學(xué)在實驗中得到了圖戊中的曲線OQ，于是他利用最初的幾組數(shù)據(jù)擬合了一條直線OP，如圖戊所示，與縱軸平行的直線和這兩條圖線以及橫軸的交點分別為Q、PN。此時，小車質(zhì)量為M，懸掛物的質(zhì)量為m。他猜想：。請你分析論證該同學(xué)的想是否正確。圖圖12甲12．某同學(xué)用圖12甲裝置來“探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。他將砂和小桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小，通過改變小桶中砂的質(zhì)量改變拉力。為使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，實驗中需要平衡阻力。（1）下列器材中不必要的是_______（填字母代號）。A．低壓交流電源B．秒表C．天平（含砝碼）D．刻度尺（2）他用小木塊將長木板的右側(cè)墊高來平衡阻力。具體操作是：將木板的一側(cè)適當(dāng)墊高后，把裝有紙帶的小車放在木板上，紙帶穿過打點計時器，在_______（選填“掛”或“不掛”）小桶并且打點計時器________（選填“打點”或“不打點”）的情況下，輕輕推一下小車，若小車圖1圖12丙（3）在一次實驗中，該同學(xué)得到如圖乙所示的紙帶。已知打點計時器所用電源頻率為50Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上打出的7個連續(xù)的點。由此可算出小車的加速度a＝____m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。5.0圖圖12乙（4）他在探究小車加速度a與所受拉力F的關(guān)系時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖像如圖丙所示。發(fā)圖1圖12丁A．木板一端墊得過高B．木板一端墊得過低C．砂和小桶的總質(zhì)量太大了D．砂和小桶的總質(zhì)量太小了（5）另一同學(xué)采用如圖丁所示的裝置進行實驗：光滑的軌道平面分上下雙層排列，完全相同的兩個小車，其左端分別和一個砝碼盤連接，其右端分別和一條剎車線連接，這兩條剎車線由后面的剎車系統(tǒng)同步控制，使得兩小車在必要時能夠立即同步地停下來。該同學(xué)通過測量質(zhì)量相同的兩輛小車在相同時間內(nèi)通過的位移之比來比較它們的加速度之比，進而探究加速度與力的關(guān)系。（提示：通過改變砝碼盤中的砝碼質(zhì)量來改變拉力的大小。）請簡要分析論述：利用這種方法進行探究“加速度與力的關(guān)系”的可行性。13．圖13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，放在帶有定滑輪的木板上（事先通過調(diào)節(jié)木板與水平面間的夾角來抵消摩擦力的影響），前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里放有砝碼。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運動，合上夾子，兩小車同時停止運動。（1）用刻度尺測出兩小車的位移，位移之比就等于它們的之比；圖13（2）為了探究加速度大小和力大小之間的關(guān)系，應(yīng)保持兩個圖13“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（選填“小于”、“等于”或“大于”）小車質(zhì)量。圖14圖14甲（1）甲同學(xué)采用的方案如圖14甲所示，將兩個相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細繩，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的砝碼，盤與砝碼的總重力可以近似認為是小車受到的拉力。兩小車后端各系一條細線，用黑板擦可以同時按住或放開這兩條細線，使兩車同時停止或運動。某次操作中，在相同時間內(nèi)測得小車的位移分別為x1、x2，若小車的加速度分別為a1、a2，則a1∶a2=_________，這么做的依據(jù)是________________________________。（2）乙同學(xué)用如圖所示器材進行定量探究。用拉力傳感器(能測量拉力的儀器)和速度傳感器(能測量圖14乙圖14乙小車受到拉力的大小，在長木板上相距L＝48.0cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，分別測量小車到達A、B時的速率。①乙同學(xué)認為，運動時小車受到的拉力_____懸掛物的總重力（選填“>”或“<”），所以乙同學(xué)采用力傳感器進行實驗。②實驗主要步驟如下：圖14圖14丙Ⅱ、墊高木板右端，讓小車在不受拉力時做__________運動；Ⅲ、把細線一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；為保證細線的拉力不變，必須調(diào)節(jié)滑輪的高度使___________________________________；Ⅳ、接通電源后自C點釋放小車，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力F的大小及小車分別到達A、B時的速率vA、vB；Ⅴ、改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)步驟④的操作。③下表中記錄了實驗測得的幾組數(shù)據(jù)，vB2－vA2是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，則加速度的表次數(shù)F/N/(m2·s－2)a/(m·s－2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.6553.005.495.72達式a＝_______（用已知符號表示），請將表中第4次的實驗數(shù)據(jù)填寫完整(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。④由表中數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出a－F關(guān)系圖線。⑤對比實驗結(jié)果與理論計算得到的關(guān)系圖線(圖中已畫出理論圖線)，造成上述偏差的原因除了拉力傳感器讀數(shù)可能偏大外，還可能是_____________________。【參考答案】1．A2．（1）不需要；需要；不需要（2）0.44