42實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系（分層作業(yè)）（原卷版）

第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗步驟與操作1．實驗小組利用如圖甲所示的裝置進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗，已知小車質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m。(1)實驗過程中，實驗小組用砂和砂桶的重力替代細(xì)線的拉力，由此引起的誤差屬于（選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”）。為了減小此誤差，在對M、m進行選取時，以下幾組數(shù)據(jù)中最合理的一組是。（填正確答案前的字母代號）A．，、60g、80g、100g、120g、140gB．，、25g、30g、35g、40g、45gC．，、60g、80g、100g、120g、140gD．，、25g、30g、35g、40g、45g(2)某次實驗得到的紙帶如圖乙所示，已知所用電源的頻率為50Hz，相鄰2個計數(shù)點之間還有4個計時點沒有標(biāo)出，可求出小車的加速度大小為。（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，教材中提供了兩種參考案例。(1)參考案例一如圖（a）所示，兩個小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼。兩個小車后端各系一條細(xì)線，用一個黑板擦把兩條細(xì)線同時按在桌子上，使小車靜止。抬起黑板擦，兩小車同時開始運動，按下黑板擦，兩小車同時停下來。若用刻度尺測出兩小車通過的位移分別為s1、s2，則它們的加速度之比為。(2)參考案例二如圖（b）所示，當(dāng)平衡摩擦力后，若作用在小車上的力是通過測量小盤和砝碼的重力mg得到的，即，這樣處理會有系統(tǒng)誤差，為了減小系統(tǒng)誤差，小盤和砝碼的質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M應(yīng)滿足的關(guān)系是；為了消除這個系統(tǒng)誤差，某同學(xué)認(rèn)為將小盤中減掉的砝碼放到小車上，就會消除系統(tǒng)誤差，則他的研究對象應(yīng)該是。創(chuàng)新實驗3．如圖1為兩位同學(xué)設(shè)計的一個實驗裝置，用來探究一定質(zhì)量的小車其加速度與力的關(guān)系。其中電源為50Hz的交流電，一質(zhì)量為的光滑滑輪用一輕質(zhì)細(xì)桿固定在小車的前端，小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的質(zhì)量為m。(1)此實驗中正確的操作是________A．實驗需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量mB．實驗前需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以補償阻力C．小車靠近打點計時器，應(yīng)先接通電源，再釋放小車D．為減小系統(tǒng)誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M(2)該同學(xué)在實驗中得到一條紙帶如圖2所示，相鄰計數(shù)點間有4個點未畫出，打點計時器所接交流電的頻率為50Hz，小車的加速度大小為（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。(3)孫華同學(xué)以小車的加速度a為縱坐標(biāo)，力傳感器的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，畫出的圖線與橫坐標(biāo)軸的夾角為θ，且斜率為k，如圖3所示，則小車的質(zhì)量為（用題中所給字母表示）。4．某同學(xué)在實驗室利用圖甲所示的裝置進行“驗證牛頓運動定律”的實驗。(1)對小車進行“平衡摩擦力”操作時，下列必須進行的是（填字母序號）。A．取下沙和沙桶B．把長木板沒有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度C．小車拖著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時，打點計時器的電源應(yīng)斷開D．在空沙桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運動(2)實驗中，已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，若要將沙和沙桶的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是。(3)在實驗操作中，下列說法正確的是。A．求小車運動的加速度時，可直接用公式求出B．實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，再放開小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要重新平衡摩擦力D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(4)該同學(xué)回到教室處理數(shù)據(jù)時才發(fā)現(xiàn)做實驗時忘記了平衡摩擦力，也沒有記下沙和沙桶的總質(zhì)量。但在實驗中滿足沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M。圖乙為該同學(xué)利用實驗數(shù)據(jù)所畫出的小車的加速度a與小車質(zhì)量的倒數(shù)的關(guān)系圖像。取，根據(jù)圖像可求出沙和沙桶的總質(zhì)量約為kg。5．某物理興趣小組用如圖甲所示裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)關(guān)于本次實驗，下列說法正確的是。A．平衡摩擦力時，需要在定滑輪上掛上槽碼B．細(xì)線必須與長木板平行C．先釋放小車再接通電源D．若增大小車質(zhì)量，需要重新平衡摩擦力(2)在某次實驗中，打點計時器所用電源的頻率為50Hz。興趣小組通過實驗得到小車做勻變速直線運動的一條紙帶如乙圖所示，紙帶上每相鄰的兩個計數(shù)點之間都有四個點未畫出。按時間順序取A、B、C、D、E五個計數(shù)點，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是xAB=5.19cm，xAC=10.89cm，xAD=17.10cm，xAE=23.82cm。由此求得小車的加速度大小為m/s2（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。(3)實驗得到的理想a—F圖像應(yīng)是一條過原點的直線，但由于實驗誤差影響，出現(xiàn)如圖丁所示的三種情況：圖線①產(chǎn)生原因是；圖線③產(chǎn)生原因是。(4)在保持槽碼質(zhì)量（槽碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量）不變的情況下，多次改變小車上砝碼的質(zhì)量，測得多組加速度a及對應(yīng)小車上砝碼的質(zhì)量m，作出圖像，如圖丙所示，若圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為p，若滿足牛頓第二定律，則小車的質(zhì)量為（用p、k字母表示）?！?．某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系。(1)實驗前用刻度尺測出兩個光電門中心之間的距離s，并測得遮光條的寬度d。該實驗小組在做實驗時，將滑塊從如圖所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達式v1=，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達式v2=，則滑塊的加速度的表達式a=。（以上表達式均用直接測量的物理量的字母表示）(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量做了6組實驗，得到如下表所示的實驗數(shù)據(jù)。實驗次數(shù)123456質(zhì)量m/g250300350400500800加速度a/（m·s2）2.021.651.431.251.000.63通過計算分析上表數(shù)據(jù)后，得出的結(jié)論是在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，如果想通過圖像法進一步確認(rèn)自己的結(jié)論，須建立（選填“am”或“a”）坐標(biāo)系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點作圖，如果圖線是一條，就可確認(rèn)上述結(jié)論。7．“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示。小車后面固定一條紙帶，穿過電火花打點計時器，細(xì)線一端連著小車，另一端通過光滑的定滑輪和動滑輪與懸掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器相連，拉力傳感器用于測小車受到拉力的大小。(1)在安裝器材時，要調(diào)整定滑輪的高度，使連接小車的細(xì)繩與木板平行。這樣做的目的是（填字母代號）。A．防止打點計時器在紙帶上打出的點痕不清晰B．在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力C．防止小車在木板上運動過程中發(fā)生抖動D．為保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動(2)實驗中（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)某小組在實驗中打出的紙帶一部分如圖乙所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。用毫米刻度尺測量并在紙帶上標(biāo)出了部分段長度。已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz。由圖數(shù)據(jù)可求得：小車做勻加速運動的加速度大小為。（保留兩位有效數(shù)字）(4)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關(guān)系圖像如圖丙，圖線不過原點的原因是A．鉤碼質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量B．平衡摩擦力時木板傾角過大C．平衡摩擦力時木板傾角過小或未平衡摩擦力8．某實驗小組做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗時，先采用如圖甲所示的常規(guī)實驗方案，處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)誤差比較明顯。該小組經(jīng)過分析討論，對實驗方案進行了改進和優(yōu)化，采用如圖乙所示實驗方案，具體實驗操作步驟如下：A．掛上托盤和砝碼，調(diào)整墊塊位置，使質(zhì)量為的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；B．取下托盤和砝碼，用天平測出它們的總質(zhì)量為，查出并記錄當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭；C．把小車放回木板上原位置，由靜止釋放，測出其下滑的加速度；D．改變砝碼質(zhì)量和墊塊位置，多次測量和，通過作圖可得到的關(guān)系。（1）比較甲?乙兩實驗方案，實驗時需要滿足條件的實驗方案是______（選填“甲”?“乙”或“甲和乙”）；（2）采用乙實驗方案，在作關(guān)系時，小車受到的合外力______；（3）在一次實驗操作中，獲得如圖丙所示的紙帶，為計數(shù)點，其中相鄰兩計數(shù)點間均有四個點未畫出，所用交變電源的頻率為，由紙帶可求得小車運動的加速度_______（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（4）圖丁是該小組先后采用甲?乙兩個實驗方案描繪出的關(guān)系圖象，圖象中______（選填①或②）是乙實驗方案得到的關(guān)系圖象。9．（2024年甘肅卷高考真題）用圖1所示實驗裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(1)以下操作正確的是______（單選，填正確答案標(biāo)號）。A．使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量 B．調(diào)整墊塊位置以補償阻力C．補償阻力時移去打點計時器和紙帶 D．釋放小車后立即打開打點計時器(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量，得到一系列打點紙帶。其中一條紙帶的計數(shù)點如圖2所示，相鄰兩點之間的距離分別為，時間間隔均為T。下列加速度算式中，最優(yōu)的是______（單選，填正確答案標(biāo)號）。A．B．C．D．(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo)，加速度的倒數(shù)為縱坐標(biāo)，甲、乙兩組同學(xué)分別得到的圖像如圖3所示。由圖可知，在所受外力一定的條件下，a與M成（填“正比”或“反比”）；甲組所用的（填“小車”、“砝碼”或“槽碼”）質(zhì)量比乙組的更大。10．（2024年江西卷高考真題）某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實驗裝置如圖（a）所示，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定一遮光片，細(xì)線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。（1）實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細(xì)線與軌道平行，再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。（2）小車的質(zhì)量為。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a。鉤碼所受重力記為F，作出圖像，如圖（b）中圖線甲所示。（3）由圖線甲可知，F(xiàn)較小時，a與F成正比；F較大時，a與F不成正比。為了進一步探究，將小車的質(zhì)量增加至，重復(fù)步驟（2）的測量過程，作出圖像，如圖（b）中圖線乙所示。（4）與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間，非線性區(qū)間。再將小車的質(zhì)量增加至，重復(fù)步驟（2）的測量過程，記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a，如表所示（表中第組數(shù)據(jù)未列出）。序號12345鉤碼