2023-2024學(xué)年高中物理人教版（2019）必修第一冊課后習(xí)題 第4章 2-實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（含答案）

2.實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系必備知識基礎(chǔ)練1.圖甲為探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)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(jù)紙帶點跡可判斷應(yīng)適當(dāng)(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(dāng)滿足小車質(zhì)量m0遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)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(dāng)所掛鉤碼數(shù)量一定時,研究小車加速度a與其質(zhì)量m0的關(guān)系,由于未滿足上述質(zhì)量條件,實驗結(jié)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(shù)點,每個相鄰計數(shù)點間有4個點未標(biāo)出,經(jīng)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(jié)果保留2位有效數(shù)字丙2.(2022山東菏澤高一期末)某同學(xué)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(guān)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(biāo)出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E,相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點沒有標(biāo)出,測出各計數(shù)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(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)實驗時改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,分別測量小車在不同外力作用下的加速度,根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖像,如圖丙所示。圖線的上端明顯偏離直線,造成此現(xiàn)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(zhì)量過大D.所用小車的質(zhì)量過大關(guān)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(nèi)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(zhuǎn)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(diào)整定滑輪的高度,使系小車的輕繩與木板平行。你認(rèn)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?qū)崿F(xiàn)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(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)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(biāo)出了這部分的長度,相鄰兩計數(shù)點間的距離如圖乙所示,相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點未標(biāo)出,已知電火花計時器使用的交變電源的頻率為50Hz,根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算得加速度大小為m/s2。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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

4.某同學(xué)探究小車加速度與力的關(guān)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(xì)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(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt,則小車經(jīng)過光電門時的速度為v=(用字母表示)。

(2)測出多組重物的質(zhì)量m和對應(yīng)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(guān)系,處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出圖像。

A.Δt-m B.Δt2-mC.1Δt-m D.1(3)有一位同學(xué)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(biāo)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(zhì)量的關(guān)系1.解析(1)根據(jù)紙帶點跡可判斷小車做加速運動,則應(yīng)適當(dāng)減小木板的傾角,直至小車勻速運動。(2)當(dāng)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(jù)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(yīng)該放在桌子邊緣,則錯誤之處是a。(2)由于每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點,則計數(shù)點之間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s,根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度知vC=xAD-xAB2T=0.54m/s,由逐差法得a=(xAE(3)根據(jù)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(dāng)作小車的合力,a與F成線性關(guān)系。而根據(jù)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(diào)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(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(3)因紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s,設(shè)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