2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章運動和力的關(guān)系2實驗：探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系課時作業(yè)含解析新人教版必修第一冊

PAGEPAGE7課時作業(yè)15試驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時間：45分鐘一、單項選擇題1．在本試驗中，下列做法和理由正確的是(C)A．試驗中所用電源為低壓直流電源B．可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這樣會使試驗更加便利C．試驗結(jié)果不用a－m圖象，而用a－1/m圖象，是為了便于依據(jù)圖象直觀地作出推斷D．小車運動的加速度可用天平測出小桶和砂的質(zhì)量(M′和m′)以及小車質(zhì)量M后干脆用公式a＝(M′＋m′)g/M求出解析：打點計時器須要低壓溝通電源，所以A錯誤．若用鉤碼代替裝有砂子的小桶進(jìn)行試驗，由于鉤碼的質(zhì)量太大，不利于進(jìn)行調(diào)整拉力的大小，故B錯誤．用a－1/m圖象進(jìn)行驗證，這樣能更直觀地對問題進(jìn)行推斷，所以C正確．本試驗是探究a與F、m的關(guān)系，干脆運用牛頓其次定律a＝F/m求出a是不對的，這是一種邏輯錯誤．2．關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗操作，下列說法中符合實際的是(D)A．通過同時變更小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的探討，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B．通過保持小車質(zhì)量不變，只變更小車的拉力的探討，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系C．通過保持小車受力不變，只變更小車質(zhì)量的探討，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D．先不變更小車質(zhì)量，探討加速度與力的關(guān)系，再不變更小車受力，探討加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最終歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系解析：做本試驗時采納的是限制變量法．必需限制某一量不變探討加速度與另一量的關(guān)系，不能同時變更質(zhì)量和力，故只有D項正確．3．在“探究牛頓其次定律”的試驗中，為了探究滑塊質(zhì)量m0不變時，加速度與外力F的定量關(guān)系，砝碼質(zhì)量m和滑塊質(zhì)量m0，若其他操作都正確，那么在選用哪一組值測量時所畫出的a－F圖線較精確．(B)A．m0＝500g，m分別為50g,70g,100g,125gB．m0＝500g，m分別為20g,30g,40g,50gC．m0＝200g，m分別為50g,75g,100g,125gD．m0＝200g，m分別為30g,40g,50g,60g解析：探究滑塊質(zhì)量m0不變時，加速度與外力F的定量關(guān)系是用砝碼的重力代替對滑塊的拉力，為了減小試驗誤差，應(yīng)使m0?m，因此選B組值誤差較小．4．若已知兩個物體間的某種力F與兩物體間距離r的平方成反比，即F＝eq\f(k,r2)(k是與r無關(guān)的常數(shù))．現(xiàn)要設(shè)計試驗驗證該關(guān)系，試驗后利用得到的數(shù)據(jù)作圖，利用圖象探討F與r的關(guān)系，下列四種坐標(biāo)系應(yīng)選用的最佳坐標(biāo)系是(D)解析：因為F與兩物體間的距離r的平方成反比，即F＝eq\f(k,r2)，所以F與r的關(guān)系在圖象D中應(yīng)當(dāng)是過原點的直線，故最佳坐標(biāo)系應(yīng)當(dāng)是D圖．二、多項選擇題5．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗中，采納如圖所示的裝置．則下列說法中正確的是(AC)A．本試驗主要采納限制變量的方法來探討加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B．在探究加速度與外力的關(guān)系時，應(yīng)當(dāng)變更小車的質(zhì)量C．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，作出a－eq\f(1,m)圖象能更直觀推斷出二者間的關(guān)系D．無論在什么條件下，細(xì)線對小車的拉力大小總等于砝碼盤和砝碼的總重力大小解析：在探討物體的“加速度、作用力和質(zhì)量”三個物理量的關(guān)系時，由于變量較多，因此采納了“限制變量法”進(jìn)行探討，分別限制一個物理量不變，看另外兩個物理量之間的關(guān)系，故選項A正確；在探究加速度與外力的關(guān)系時，應(yīng)當(dāng)保持小車的質(zhì)量不變，故選項B錯誤；要直觀地反映兩個物理量之間的關(guān)系，可以通過作圖來解決．但是只有作出一條直線，才可以直觀地反映兩個變量之間的關(guān)系．在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時，為了直觀推斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a－eq\f(1,m)圖象，故選項C正確；當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時，才能近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，故選項D錯誤．6．在“驗證牛頓運動定律”的試驗中，保持小車的質(zhì)量不變，變更所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量．在某次試驗中依據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出a－F關(guān)系的點跡，如圖所示．經(jīng)過分析，發(fā)覺這些點跡存在一些問題，產(chǎn)生這些問題的主要緣由可能是(BC)A．軌道與水平方向夾角太大B．軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢D．所用小車的質(zhì)量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢解析：圖象應(yīng)是一條過坐標(biāo)原點的直線，而圖象與橫軸交點表示已存在拉力時物體仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，是沒有平衡摩擦力，A錯誤，B正確；另外圖象上部向下彎曲，是由于鉤碼質(zhì)量m不滿意m?M，繩子拉力不等于鉤碼重量造成的，C正確，D錯誤．7．如圖是依據(jù)“探究加速度與力的關(guān)系”的試驗數(shù)據(jù)描繪的a－F圖象，下列說法正確的是(BD)A．三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量相同B．三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量不同C．直線1所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大D．直線3所對應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大解析：由圖象知F相同時，對應(yīng)的加速度大小a1>a2>a3，依據(jù)F相同時，加速度與質(zhì)量成反比，所以m1<m2<m3，故選項B、D正確．三、非選擇題8．在用如圖所示的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗：(1)試驗中應(yīng)把長木板在小車運動的起始端適當(dāng)墊高，這樣做是為了平衡摩擦力．(2)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的試驗中，某同學(xué)畫出下圖所示的試驗圖線．甲、乙中描述加速度與質(zhì)量的關(guān)系圖線是乙，加速度與力的關(guān)系圖線是甲．解析：(1)試驗中應(yīng)把長木板在小車運動的起始端適當(dāng)墊高，這樣做是為了平衡摩擦力，近似把懸掛物的重力看作小車所受的合力．(2)由牛頓其次定律知道，加速度與質(zhì)量成反比，加速度與力成正比，加速度與質(zhì)量的關(guān)系圖線是乙，加速度與力的關(guān)系圖線是甲．9．如圖所示，兩個高1.2m左右的支架上，放著兩條平行光滑鋁合金導(dǎo)軌，且已調(diào)成水平狀態(tài)，在光滑的導(dǎo)軌上放著兩輛質(zhì)量相等、性質(zhì)一樣的小車，1號車放在左邊，系有一根通過木板右端的小定滑輪的細(xì)線，線端有一小桶，桶中可放砝碼.2號車在右端，系有一根通過木板左端的小定滑輪的細(xì)線，線端有一相同的小桶，兩輛車一起先被左、右兩端的電磁鐵吸住，電磁鐵串聯(lián)后接在6V的學(xué)生電源上(閉合)．?dāng)嚅_電源，電磁鐵同時失去磁性，小車在拉力作用下從兩端向中間運動，在某位置相碰，登記相碰位置，可以通過木板上的刻度知道兩車通過的位移．依據(jù)位移公式x＝eq\f(1,2)at2，由于兩車的運動時間t相等，因此比較兩車的位移x就可比較兩車的加速度a，試作比較．解析：由于兩車的質(zhì)量相同，所放砝碼的個數(shù)(即小車所受的拉力)不同，設(shè)放開后經(jīng)時間t兩車在P點相遇，如圖所示，兩車的位移分別為x1、x2，則對小車1：x1＝eq\f(1,2)a1t2，對小車2：x2＝eq\f(1,2)a2t2，兩式相比可得eq\f(a1,a2)＝eq\f(x1,x2)，故而兩車的加速度大小即可比較得出．從兩小車均由靜止做勻加速直線運動和時間相等入手比較；此外，還可以比較兩車所受外力的大小，因為a∝x，而a∝F，故有F∝x，即eq\f(F1,F2)＝eq\f(x1,x2).答案：見解析10．某同學(xué)利用圖(a)所示試驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖．如圖(b)所示．試驗中小車(含放射器)的質(zhì)量為200g，試驗時選擇了不行伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機(jī)得到．回答下列問題：(1)依據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系．(2)由圖(b)可知，a－m圖線不經(jīng)過原點，可能的緣由是存在摩擦力．(3)若利用本試驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的狀況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則試驗中應(yīng)實行的改進(jìn)措施是調(diào)整軌道的傾斜度以平衡摩擦力，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿意的條件是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．解析：(1)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)所描出的點作出圖象得到的是一條曲線，所以小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系．(2)若a－m圖線不經(jīng)過原點，就是細(xì)繩有拉力時，但小車的加速度仍為零，說明可能存在摩擦力．(3)把鉤碼的重力mg作為小車受到的合外力，須要兩個條件：一是調(diào)整軌道的傾斜度以平衡摩擦力；二是鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿意遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量．11．現(xiàn)要驗證“當(dāng)質(zhì)量肯定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律．給定的器材如下：一傾角可以調(diào)整的長斜面(如圖所示)、小車、計時器一個、刻度尺．(1)填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下試驗步驟(不考慮摩擦力的影響)：①小車自斜面上方一固定點A1從靜止起先下滑至斜面底端A2，登記所用的時間t.②用刻度尺測量A1與A2之間的距離x，則小車的加速度a＝eq\f(2x,t2).③用刻度尺測量A1相對于A2的高h(yuǎn).設(shè)小車所受的重力為mg，則小車所受的合外力F＝mgeq\f(h,x).④變更斜面傾角(或h的數(shù)值)，重復(fù)上述測量．⑤以h為橫坐標(biāo)，eq\f(1,t2)為縱坐標(biāo)，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作圖．如能得到一條過原點的直線，則可以驗證“當(dāng)質(zhì)量肯定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律．(2)在探究如何消退上述試驗中摩擦阻力影響的過程中，某同學(xué)設(shè)計的方案是：①調(diào)整斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑．測量此時A1點相對于斜面底端A2點的高度h0.②進(jìn)行(1)中的各項測量．③計算與作圖時