2018-2019學年高中物理 專題4.2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系試題 新人教版必修1.doc
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4.2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 1．實驗原理 （1）保持 不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系。 （2）保持 不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。 （3）作出a–F圖象和a–圖象，確定其關(guān)系。 2．實驗器材 小車、砝碼、小盤、細繩、附有定滑輪的長木板、墊木、 、 、導(dǎo)線兩根、紙帶、 、 。 3．實驗步驟 （1）測量：用天平測量小盤和砝碼的質(zhì)量m′和小車的質(zhì)量m。 （2）安裝：按照如實驗原理圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上（即不給小車牽引力） （3）平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑。 （4）操作： ①小盤通過細繩繞過滑輪系于小車上，先通電源后放開小車，取下紙帶編號碼。 ②保持小車的質(zhì)量m不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①。 ③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a。 ④描點作圖，作a–F的圖象。 ⑤保持砝碼和小盤的質(zhì)量m′不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a–圖象。 4．誤差分析 （1）因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用小盤和砝碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。 （2）摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。 5．數(shù)據(jù)處理 （1）利用 及逐差法求a。 （2）以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成 。 （3）以a為縱坐標，為橫坐標，描點、連線，如果該線過原點，就能判定a與m成 。 6．注意事項 （1）平衡摩擦力：適當墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力。在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，讓小車拉著打點的紙帶勻速運動。 （2）不重復(fù)平衡摩擦力。 （3）實驗條件： 。 （4）一先一后一按：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通 ，后釋放 ，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車。 一、物理學思想方法 1．近似法：在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，近似法是指繩對小車的拉力近似等于繩另一端連接的小盤和砝碼的總重力，近似法要在小盤和砝碼的總重力遠小于小車的重力的情況下才能用。 2．控制變量法：控制變量法是指分別研究加速度與力、加速度與質(zhì)量關(guān)系時用到的方法，在實驗中的具體體現(xiàn)是：研究加速度與力的關(guān)系時，保持小車質(zhì)量不變；研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，保持小盤和砝碼的總重力不變。 3．平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通過調(diào)整斜面傾角，讓小車重力沿斜面的分力與摩擦力抵消，使小車受到的合外力等于繩對小車的拉力，體現(xiàn)在實驗中是讓小車不掛小盤時能在斜面上勻速運動。 4．化曲為直法：化曲為直法是指處理數(shù)據(jù)時，不作a–m圖象而作a–圖象，反映在圖象中就是把原來的曲線變成傾斜的直線。 【例題1】如圖所示是某同學設(shè)計的“探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系”的實驗裝置圖，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于砂和砂桶的總重力，小車運動的加速度可由紙帶求得。 （1）關(guān)于該同學對該實驗的認識，下列說法中正確的是 A．該實驗應(yīng)用了等效替代的思想方法 B．該實驗應(yīng)用了控制變量的思想方法 C．實驗時應(yīng)先釋放小車后接通電源 D．實驗中認為細繩對小車的拉力F等于砂和砂桶的總重力，其前提必須保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠遠大于小車的質(zhì)量 （2）如圖所示是該同學在某次實驗中利用打點計時器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E、F是該同學在紙帶上選取的六個計數(shù)點，其中計數(shù)點間還有若干個點未標出，設(shè)相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為T。該同學用刻度尺測出AC間的距離為x1，BD間的距離為x2，則打B點時小車運動的速度vB=________，小車運動的加速度a=________。 （3）某實驗小組在實驗時保持砂和砂桶的總質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的數(shù)據(jù)如表中所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖坐標紙中作出F不變時a與的圖象。 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 小車加速度a/（ms–2） 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 小車質(zhì)量m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 /kg–1 3.50 3.00 2.50 2.00 1.40 1.00 參考答案：（1）B （2） （3）見解析圖 （3）如圖 通關(guān)秘籍： 平衡摩擦紙帶掛，小車板上運速滑；若要盤碼當拉力，其重與車不可比；先通電源后放車，紙帶應(yīng)選易于測；曲線化直好思想，作圖比例要適當。 二、數(shù)據(jù)處理 1．把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中： 實驗次數(shù) 加速度a/（ms–2） 小車受力F/N 1 2 3 4 由以上數(shù)據(jù)畫出它的a–F關(guān)系圖象如圖所示。 通過a–F關(guān)系圖象，我們可以得出小車的加速度a與力F成正比。 2．把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中： 實驗次數(shù) 加速度a/（ms–2） 小車質(zhì)量M/kg 1 2 3 4 由以上數(shù)據(jù)畫出它的a–圖象，如圖所示。 通過a–關(guān)系圖象，我們可以得出小車的加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，說明a與M成反比。 【例題2】某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖所示。已知小車質(zhì)量M=214.6 g，砝碼盤質(zhì)量m0=7.8 g，所使用的打點計時器交流電頻率f=50 Hz。其實驗步驟是： A．按圖中所示安裝好實驗裝置； B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動； C．取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m； D．將小車置于打點計時器旁，先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a； E．重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)B–D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度。 回答下列問題： （1）按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量？________（填“是”或“否”）。 （2）實驗中打出的其中一條紙帶如圖所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=_____m/s2。 （3）某同學將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，如下表： 次數(shù) 1 2 3 4 5 砝碼盤中砝碼的重力F/N 0.10 0.20 0.29 0.39 0.49 小車的加速度a/（ms–2） 0.88 1.44 1.84 2.38 2.89 他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a–F圖象（如圖）。造成圖線不過坐標原點的一條最主要原因是______________________________________________， 從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是_______________，其大小為________。 參考答案：（1）否 （2）0.88 （3）在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力（只要涉及“未考慮砝碼質(zhì)量的因素”就算正確） 砝碼盤的重力 0.08 N （2）a==0.88 m/s2. （3）實驗中本應(yīng)有（m0+m）g=Ma，由于實驗中未計入砝碼盤質(zhì)量m0，測得的圖象與真實圖象相比沿F軸左移m0g，圖象將不過原點。由圖象及上述分析可知，m0g=0.08 N。 1．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方法是 A．建立理想模型的方法 B．控制變量法 C．等效替代法 D．類比法 2．在“驗證牛頓運動定律”實驗的準備階段，小車不掛小桶時，先將木板的一端墊起一定高度。這樣做的目的是 A．測量小車運動的加速度 B．平衡摩擦力 C．測量小車運動的速度 D．測量木板傾斜的角度 3．（2018江蘇省鹽城市龍岡中學高二年級學業(yè)水平調(diào)研考試）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，下列做法正確的是 A．在用打點計時器打紙帶時，應(yīng)該先放開小車，再接通打點計時器的電源 B．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)該改變拉力的大小 C．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，為了直觀判斷兩者間的關(guān)系，應(yīng)作出圖象 D．在探究加速度與力的關(guān)系時，作圖象應(yīng)該用折線將所描的點依次連接 4．在用實驗探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系時，下列關(guān)于實驗的思路和數(shù)據(jù)分析，不正確的是 A．實驗的基本思想是：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系 B．實驗的基本思想是：保持物體所受力相同，測量質(zhì)量不同的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系 C．在處理實驗數(shù)據(jù)中，以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比 D．在處理實驗數(shù)據(jù)時，以a為縱坐標，m為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與m成正比 5．在做探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗時，下列說法中錯誤的是 A．應(yīng)使砂和小桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量，以減小實驗誤差 B．可以用天平測出小桶和砂的總質(zhì)量m1，小車和砝碼的總質(zhì)量m2，根據(jù)公式a=m1g/m2求出小車的加速度 C．處理實驗數(shù)據(jù)時采用描點法畫圖象，是為了減小誤差 D．處理實驗數(shù)據(jù)時采用a–圖象，是為了便于根據(jù)圖線直觀地作出判斷 6．在研究小車的加速度a和小車的質(zhì)量M的關(guān)系時，由于始終沒有滿足為砂桶及砂桶中砂的質(zhì)量的條件，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是 A． B． C． D． 7．（2018江蘇省無錫市普通高中高二上學期期末考試）某組同學用如圖所示裝置，來研究小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與小車受到力的關(guān)系。下列措施中不需要和不正確的是 A．首先要平衡摩擦力，使小車受到合力就是細繩對小車的拉力 B．小車的質(zhì)量要遠大于塑料桶的質(zhì)量 C．實驗中可以通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力 D．每次改變小車受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力 8．在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，采用如圖所示的裝置圖進行實驗： （1）實驗中，需要在木板的右端墊上一個小木塊，其目的___________________； （2）在實驗操作中，下列說法正確的是____________（填序號） A．實驗中，若要將砝碼（包括砝碼盤）的重力大小作為小車所受拉力F的大小應(yīng)讓小車質(zhì)量遠大于砝碼（包括砝碼盤）的重力 B．實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器的電源 C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度 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 （3）右圖為研究“在外力一定的條件下，小車的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系”時所得的實驗圖象，橫坐標m為小車上砝碼的質(zhì)量。設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車的質(zhì)量為____。 9．（2018云南省曲靖市沾益區(qū)四中高二上學期期末考試）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某同學使用了如圖所示的裝置，打點計時器的打點頻率為50 Hz。 （1）該同學得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖所示，相鄰兩點間的距離分別為10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，則打E點時小車的速度為____________m/s，小車的加速度為____________m/s2。 （2）該同學要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持拉力不變，得到多組數(shù)據(jù)后他應(yīng)描給的圖象是________（填a–M還是）。 10．如圖為“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）研究加速度和力的關(guān)系”的實驗裝置。 （1）在該實驗中必須采用控制變量法。平衡摩擦后，應(yīng)保持___________不變，用鉤碼所受的重力作為___________，用DIS測小車的加速度。 （2）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量。在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a–F關(guān)系圖線（如圖所示）。 ①分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是 。 ②此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是 。 A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D．所用小車的質(zhì)量太大 11．（2018云南省保山一中高二下學期期末考試）光電門在測量物體的瞬時速度方面有得天獨厚的優(yōu)勢，比如在探究加速度和力的關(guān)系時就省去了打點計時器分析紙帶的不便，實驗裝置如圖甲所示。 （1）測量遮光條的寬度，游標卡尺測量的結(jié)果如圖乙所示，遮光條寬度d為________cm。 （2）某次實驗過程中，已經(jīng)得到AB之間的距離l和遮光條通過光電門的時間t和力傳感器的示數(shù)F，若要完成探究目的，還需要滿足的條件是______________。若要以F為橫坐標，做出一條傾斜的直線來判斷加速度和力成正比，那么縱坐標的物理量應(yīng)該是_______（選填或）。 12．為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量。（滑輪質(zhì)量不計） （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 B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力 C．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) D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 E．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50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為__________m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。 （3）以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的a–F圖象是一條直線，圖線與橫坐標的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為_____。 A．2tanθ B． C．k D． 13．（2018廣東省深圳市寶安區(qū)寶安中學高三七校聯(lián)合體考前沖刺交流考試）如圖甲所示為某同學設(shè)計的“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置簡圖，在實驗中認為細線對小車拉力F的大小等于砝碼和砝碼盤的總重力，小車運動的加速度a的大小可由紙帶上的點求得。 （1）實驗過程中，電火花計時器應(yīng)接在________（填“直流”或“交流”）電源上，連結(jié)小車與砝碼盤的細線跨過定滑輪，調(diào)整定滑輪，使_________________。 （2）圖乙是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，其中0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖乙所示，打“3”計數(shù)點時小車的速度大小為v=_______m/s；由紙帶求出小車的加速度的大小a=_____m/s2。（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字） （3）在“探究加速度與力的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F關(guān)系圖線如圖丙所示，該圖線不通過坐標原點，原因可能是________。 14．如圖是某同學用來探究“小車的加速度與外力關(guān)系”的實驗裝置，軌道上的B點固定一光電門，將連接小車的細線跨過滑輪系住小鉤碼，平衡摩擦力后在A點釋放小車，測出小車上擋光片通過光電門的時間為Δt。 （1）若擋光片的寬度為d，擋光片前端距光電門的距離為L，則小車的加速度a=________。 （2）在該實驗中，下列操作中正確的是________。 A．要用天平稱量小車質(zhì)量 B．每次改變鉤碼，都不需要測量其質(zhì)量（或重力） C．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細線與軌道平行 D．每次小車從A點出發(fā)允許有不同的初速度 （3）由于擋光片有一定的寬度，則實驗中測出的小車加速度值比真實值________。（填“偏大”“相等”或“偏小”）。 15．（2018河南省焦作市高二下學期聯(lián)合考試）如圖所示是某同學驗證牛頓第二定律的實驗裝置，不計滑輪摩擦阻力以及滑輪與細繩的質(zhì)量，重力加速度為。該同學的實驗步驟如下： a．將長木板傾斜放置，小車放在長木板上，車上安裝一個擋光片，寬度為。長木板上固定著兩個光電門和，距離為，砂桶通過細繩繞過定滑輪與小車相連，細繩與長木板平行； b．調(diào)整長木板的傾角，使得小車恰好在細繩拉力作用下勻速下滑，測得砂和砂桶的總質(zhì)量為； c．某時刻剪斷細繩，小車由靜止開始加速運動； d．測得擋光片通過光電門的時間為，通過光電門的時間為擋光片，小車的質(zhì)量為； e．依據(jù)以上數(shù)據(jù)探究牛頓第二定律。 （1）根據(jù)以上步驟，下列關(guān)于實驗過程的表述正確的是__________。 A．實驗時，先剪斷細繩，后接通光電門電源 B．實驗時，剪斷細繩小車所受的合外力為 C．實驗過程中，不需要測出斜面的傾角 D．實驗時，應(yīng)滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 （2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得小車的加速度__________________。（用步驟中已知的字母表示） （3）如果要驗證牛頓第二定律中加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系，需要保持砂和砂桶的質(zhì)量不變，更換不同的小車，重復(fù)進行步驟、、。如果_________________在誤差允許范圍內(nèi)為定值，就可以說明合外力一定時加速度與質(zhì)量成反比。（用步驟中已知的字母表示） 16．某同學用如圖1所示的裝置探究小車加速度與合外力的關(guān)系。圖中小車A左端連接一紙帶并穿過打點計時器B的限位孔，右端用一輕繩繞過滑輪系于拉力傳感器C的下端，A、B置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上。不計繩與滑輪的摩擦及滑輪的質(zhì)量。實驗時，先接通電源再釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點。該同學在保證小車A質(zhì)量不變的情況下，通過改變P的質(zhì)量來改變小車A所受的外力，由傳感器和紙帶測得的拉力F和加速度a數(shù)據(jù)如下表所示。 次數(shù) 1 2 3 4 5 F/N 0.10 0.18 0.26 0.30 0.40 a/（ms–2） 0.08 0.22 0.37 0.59 （1）第4次實驗得到的紙帶如圖所示，O、A、B、C和D是紙帶上的五個計數(shù)點，每兩個相鄰點間有四個點沒有畫出，A、B、C、D四點到O點的距離如圖2。打點計時器電源頻率為50 Hz。根據(jù)紙帶上數(shù)據(jù)計算出小車加速度a為 m/s2。 （2）在實驗中， （選填“需要”或“不需要”）滿足重物P的質(zhì)量遠小于小車A的質(zhì)量。 （3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖3所示坐標系中作出小車加速度a與力F的關(guān)系圖象。 （4）根據(jù)圖象推測，實驗操作中重要的疏漏是 。 17．（2018廣東省汕頭市高一下學期期末教學質(zhì)量監(jiān)測）如圖1所示是研究“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置。請回答下列問題： （1）為了消除小車與水平桌面之間摩擦力的影響應(yīng)采取的做法是_________。 A．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動 B．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板 C．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動 （2）在實驗中得到一條打點的紙帶，如圖2所示，已知相鄰計數(shù)點的時間間隔為T，且間距s1、s2、s3、s4、s5、s6已量出，則小車加速度的表達式為_______________________。 （3）有一組同學保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與所受外力F的關(guān)系。他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到兩條圖線線，如圖3所示。圖線中在軌道傾斜情況下得到的是_____（填①或②），其圖線沒過坐標原點的原因是______。 18．如圖甲所示為“探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系”的實驗裝置圖。圖甲中A為小車，質(zhì)量為m1，連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B，它們均置于一端帶有定滑輪的足夠，長的木板上，P的質(zhì)量為m2，C為彈簧測力計，實驗時改變P的質(zhì)量，讀出測力計不同讀數(shù)F，不計繩與滑輪之間的摩擦。 （1）下列說法正確的是______ A．—端帶有定滑輪的長木板必須保持水平 B．實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車 C．實驗中m2應(yīng)遠小于m1 D．測力計的讀數(shù)始終為m2g/2 （2）如圖乙所示為某次實驗得到的紙帶，紙帶上標出了所選的四個計數(shù)點之間的距離，相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出。由此可求得小車的加速度的大小是_______m/s2。（交流電的頻率為50 Hz，結(jié)果保留二位有效數(shù)字） （3）實驗時，某同學由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的圖象，可能是下列哪個選項中的圖象_______。 19．（2018北京市第156中學高一上學期月考）如圖所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中，若1、2兩個小車所受拉力分別為、，車和車中的砝碼總質(zhì)量分別為、，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為、，關(guān)于實驗操作、在實驗誤差允許范圍內(nèi)的結(jié)論，下面說法正確的是 A．兩小車必須從靜止開始運動，但運動時間可以不同 B．兩個小車不必從靜止開始運動，但運動時間必須不同 C．按題干敘述方式操作，當、時， D．按題干敘述方式操作，當、時， 20．用如圖所示裝置測量重錘的質(zhì)量M，其主要實驗步驟如下： ①在定滑輪兩側(cè)分別掛上重錘和n塊質(zhì)量均為m0的鐵片，重錘下端貼一遮光片，鐵架臺上安裝有光電門； ②調(diào)整重錘的高度，使其從適當?shù)奈恢糜伸o止開始下落，讀出遮光片通過光電門的時間t0； ③從定滑輪左側(cè)依次取下1塊鐵片放到右側(cè)重錘上，讓重錘每次都從同一位置由靜止開始下落，計時器記錄的擋光時間分別為tl、t2…。 根據(jù)上述實驗回答下列問題： （1）擋光時間為t時，重錘的加速度為a0；從左側(cè)取下1塊鐵片置于右側(cè)重錘上時，對應(yīng)的擋光時間為tl，重錘的加速度為a1，則___________（結(jié)果用t0和t1表示）。 （2）設(shè)從左側(cè)取下i塊鐵片置于右側(cè)重錘上時，重錘下落的加速度為ai，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出一i的圖線是一條直線，若直線的斜率為k，則重錘的質(zhì)量M=____。 21．用如圖甲所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力。 （1）某同學平衡摩擦力時是這樣操作的：將小車靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖乙，直到小車由靜止開始沿木板向下滑動為止。請問這位同學的操作是否正確？ 答：____________________________（“正確”或“錯誤”）。 （2）如果這位同學按如（1）中的操作，然后不斷改變對小車的拉力F，他得到M（小車質(zhì)量）保持不變情況下的a–F圖線是下圖中的________（將選項代號的字母填在橫線上）。 （3）打點計時器使用的交流電頻率f=50 Hz。下圖是某同學在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出。寫出用s1、s2、s3、s4以及f來表示小車加速度的計算式：a=________________。根據(jù)紙帶所提供的數(shù)據(jù)，算得小車的加速度大小為______ m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。 22．（2018江西省高安中學高一（實驗班）下學期期末考試）某同學用如圖所示的裝置測量物體間的動摩擦因素。氣墊導(dǎo)軌（附有標尺）上某位置固定一光電門，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平。在不給導(dǎo)軌充氣的情況下，讓滑塊獲得一個初速度，使其自右向左勻減速通過光電門，光電門記錄下?lián)豕馄▽挾葹閐）的擋光時間△t，滑塊通過光電門后繼續(xù)滑行的距離為x，重力加速度為g。 （1）已知擋光片的寬度d＝3 cm，某次實驗時擋光時間△t＝0.015 s，用計算得2 m/s，該結(jié)果是指____（填“平均”或“瞬時”）速度，它___（填“大于”、“等于”或“小于”）擋光片的中心線（圖中虛線）經(jīng)過細光束時的速度； （2）在擋光片較窄的條件下，給滑塊不同的初速度，測得多組△t和x，作出（△t）2－圖象如圖所示，圖線的斜率為k，則滑塊與導(dǎo)軌間的動摩擦因素μ＝_______（用d、g、k表示）。 23．如圖1所示為“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）研究加速度和力的關(guān)系”的實驗裝置。 （1）在該實驗中必須采用控制變量法，應(yīng)保持小車質(zhì)量不變，平衡摩擦力后，用___________________作為小車所受合外力，用DIS測小車的加速度。 圖1 （2）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量，在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a–F關(guān)系圖線（如圖2所示）。 圖2 ①分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是__________________________。 ②此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是 A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D．所用小車的質(zhì)量太大 24．（2018四川省三臺中學實驗學校高一月考）某實驗小組采用圖1所示的裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗：小車放置在水平放置的長木板上，紙帶連接車尾并穿過打點計時器，用來測定小車的加速度a，鉤碼通過細線對小車的拉力為F。在保持小車質(zhì)量不變的情況下，改變對小車拉力F的大小，測得小車所受拉力F和加速度a的數(shù)據(jù)如下表： （1）在圖2中，建立出a–F坐標系，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，在圖中作出a–F關(guān)系圖線。 （2）若要讓細線對小車的拉力F為小車受到的合外力，則實驗中的改進措施是_______。 A．更換一塊長木板 B．適當增加小車的質(zhì)量 C．適當墊高長木板的右端 D．適當增加鉤碼質(zhì)量 （3）圖3是實驗中得到的一條已打點的紙帶，紙帶上的A、B、C、D、E、F、G均為相鄰計數(shù)點，已知打點計時器的打點周期為0.02 s，相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個計時點未標出，由于E、F點打點模糊，只測量標記了AB、BC、CD、DG的距離，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，測得小車運動的加速度大小a=_____m/s2，打D點時的速度大小vD=_______m/s。（以上結(jié)果都保留2位有效數(shù)字）。 25．（2016全國新課標Ⅲ卷）某物理課外小組利用圖（a）中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg。實驗步驟如下： （1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物快，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑。 （2）將n（依次取n=1，2，3，4，5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余N–n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s–t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。 （3）對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時的s–t圖象如圖（b）所示；由圖（b）求出此時小車的加速度（保留2位有效數(shù)字），將結(jié)果填入下表。 n 1 2 3 4 5 0.20 0.58 0.78 1.00 （4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖（c）中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a–n圖象。從圖象可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。 （5）利用a–n圖象求得小車（空載）的質(zhì)量為_______kg（保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g=9.8 ms–2）。 （6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），下列說法正確的是_______（填入正確選項前的標號） A．a(chǎn)–n圖線不再是直線 B．a(chǎn)–n圖線仍是直線，但該直線不過原點 C．a(chǎn)–n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 26．（2014課標全國Ⅰ卷）某同學利用圖（a）所示實驗裝置即數(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，實驗中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為200g，實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到，回答下列問題： 圖（a） 圖（b） （1）根據(jù)該同學的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成_______（填“線性”或“非線性”）的關(guān)系。 （2）由圖（b）可知，圖線不經(jīng)過遠點，可能的原因是____________。 （3）若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進措施是_______，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是_________。 1．B【解析】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，由于變量較多，因此采用了“控制變量法”進行研究，分別控制一個物理量不變，看另外兩個物理量之間的關(guān)系，B正確。 2．B【解析】在“驗證牛頓運動定律”實驗的準備階段，小車不掛小桶時，先將木板的一端墊起一定高度，這樣做的目的是平衡摩擦力，使繩的拉力為小車受到的合力，故選項B正確。 【點睛】探究加速度與拉力的關(guān)系實驗時，操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車。在探究加速度與外力的關(guān)系時，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量。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圖象。 4．D【解析】本實驗就是利用控制變量法得到a，F(xiàn)，m三者的關(guān)系，A，B，C所述符合實驗的思路和道理符合要求，故D正確。 5．B【解析】實驗中應(yīng)滿足A所述的條件，故A正確；實驗中加速度不能根據(jù)公式求解，故B錯誤；畫圖象時偏離較遠的點已舍棄，誤差較小，故C正確；采用a–圖象，圖象為直線，更直觀，故D對。 6．D【解析】隨著增大，小車質(zhì)量在減小，因此小車質(zhì)量不再滿足遠大于砂和砂桶的質(zhì)量，加速度不可能一直均勻增大，加速度的增大幅度將逐漸減小，最后趨近與定值g，D正確。 7．D【解析】A、首先要平衡摩擦力，使小車受到合力就是細繩對小車的拉力，故A正確；B、當小車的質(zhì)量要遠大于塑料桶及所裝的砝碼的質(zhì)量時，才能認為塑料桶及所裝的砝碼的重力等于小車所受的合力，故B正確；C、實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，故C正確；D、平衡摩擦力后，在實驗過程中不需要重新平衡摩擦力，故D錯誤。 【點睛】掌握實驗注意事項即可正確解題，實驗前要平衡摩擦力，要掌握平衡摩擦力的方法，平衡摩擦力不能過度。 8．（1）平衡摩擦力 （2）AD （3） 【解析】（1）實驗時，我們認為繩子的拉力是小車受到的合外力，為達到這個目的，我們要先要將帶有滑輪的木板另一端墊起，目的是平衡摩擦力。 （2）把M、m看成一個整體，根據(jù)牛頓第二定律得：mg=(M+m)a，對M分析可得繩子的拉力為：F=Ma，聯(lián)立解得：，知當砝碼總質(zhì)量遠小于滑塊質(zhì)量時，滑塊所受的拉力等于砝碼的總重力，所以應(yīng)滿足的條件是砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，故A正確；使用打點計時器時，都應(yīng)該先開電源，后釋放紙帶，故B錯誤；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故μ=tanθ，與重物的質(zhì)量無關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，故C錯誤；本實驗采用控制變量法，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，故D正確。 （3）對小車，根據(jù)牛頓第二定律得：F=(m+M)a，變形得：，在圖象中，圖線的斜率表示，則，在圖象中圖象的截距為：，可得：。 9．（1）0.85 5 （2） 【點睛】實驗問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決。對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當清楚，數(shù)據(jù)處理時注意單位的換算。 10．（1）小車的總質(zhì)量 小車所受外力 （2）在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比 C 【解析】（1）“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）研究加速度和力的關(guān)系”的實驗采用了控制變量法來驗證牛頓第二定律，所以應(yīng)保持小車的總質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受外力，來探究力與加速度的關(guān)系；（2）①由OA段是直線，證明了a–F成正比②設(shè)鉤碼的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，以小車、鉤碼整體為研究對象得：，以小車為研究對象得，聯(lián)立解得，當時，本實驗用鉤碼的總重力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力，小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，實驗誤差越小，所以本實驗的選項C正確。 11．（1）0.225 （2）滑塊由A點靜止釋放 【解析】（1）20格的游標卡尺的精度為0.05 mm，游標卡尺的主尺讀數(shù)為2 mm，游標讀數(shù)為0.055 mm=0.25 mm，所以最終讀數(shù)為：2 mm+0.25 mm=2.25 mm=0.225 cm。 （2）若要完成探究目的，實驗時，將滑塊從A位置必須由靜止釋放；由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度。根據(jù)運動學公式得若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是遮光條到光電門的距離l。由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v2=2al，v=，a=F/M，可得：，解得：F=。 【點睛】解決本題的關(guān)鍵掌握游標卡尺的讀數(shù)方法，主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀；常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實驗的基礎(chǔ)。處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項。 12．（1）BCD （2）1.3 （3）D 13．（1）交流 細線與木板平衡 （2）0.26 0.50 （3）平衡摩擦力過度 【解析】（1）電火花計時器應(yīng)接在交流電源上，調(diào)整定滑輪高度，使細線與長木板平行。 （2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度得：； 根據(jù)作差法得：。 （3）由圖象可知，a–F圖象在a軸上有截距，說明沒有加力時，物體已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，這是由于平衡摩擦力過度造成的。 14．（1） （2）BC （3）偏大 15．（1）BC （2） （3） 【解析】（1）實驗時，應(yīng)先接通光電門，然后再剪斷細繩，A錯誤；剪斷細繩之前，小車恰能沿斜面向下做勻速直線運動，受力平衡，小車動力和摩擦阻力的合力應(yīng)等于，故剪斷細繩之后，小車失去平衡，所受合力應(yīng)為，B正確；斜面的傾角不需要測出，沒有質(zhì)量的特殊限制，C正確，D錯誤；故本小題選BC； （2）小車通過第一個光電門的瞬時速度大小為，通過第二個光電門的瞬時速度大小為，根據(jù)勻變速直線運動速度與位移的關(guān)系，可得； （3）因為實驗中d和L都是常數(shù)，所以只要在誤差允許范圍內(nèi)為定值，就可以說明合外力一定時加速度與質(zhì)量成反比 【點睛】根據(jù)平衡關(guān)系，可確定小車下滑過程中合外力的大?。桓鶕?jù)數(shù)字毫秒計光電傳感器測速度的原理，結(jié)合速度和位移的關(guān)系，即可求得加速度。 16．（1）0.43 （2） 不需要 （3）如圖所示 （4）沒有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足 （3）如圖所示； （4）由圖知，圖象與F軸相交，拉力小于某一數(shù)值時，加速度為零，所以是因為沒有平衡摩擦力或者摩擦力平衡的不夠。 17．（1）C （2） （3）① 傾斜角度過大，沒有平衡好摩檫力 【解析】（1）平衡摩擦力就是讓小車在無拉力的作用下做勻速直線運動，讓重力沿斜面向下的分力等于小車受到的摩擦力，所以平衡時應(yīng)為：將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，故應(yīng)選C； （2）由勻變速運動的規(guī)律得：s4–s1=3aT2，s5–s2=3aT2，s6–s3=3aT2，聯(lián)立得：（s4+s5+s6）–（s1+s2+s3）=9aT2，解得：； （3）由圖象可知，①圖象中，當F=0時，a≠0，也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高，所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的，所以圖象不過原點的原因為平衡摩擦力過大。 18．（1）B （2）0.50 （3）C 19．D【解析】研究實驗必須要控制不變量或其他物理量必須是一樣的，故AB錯誤。當、時，由得，，由，得，C錯誤。當，時，由得，，由，得，D正確。故選D。 20．（1） （2） 【解析】（1）設(shè)擋光條的寬度為d，則重錘到達光電門的速度v=，當擋光時間為t0時的速度，擋光時間為t1時的速度，重錘在豎直方向做勻加速直線運動，則有：，，聯(lián)立可得：。 （2）根據(jù)牛頓第二定律得：，，解得：，作出的圖線的斜率為k，則，解得：。 21．（1）錯誤 （2）C （3） 0.60 【解析】（1）如果墊高一端，小車開始從靜止滑下，表明物體做初速度為零的勻加速直線運動，小車有加速度了，即，故這種做法是錯誤的。 （2）由于按照第（1）步的操作進行實驗，實驗之前已經(jīng)有加速度了，縱坐標為正值，a與F不再是正比例關(guān)系，而應(yīng)是一次函數(shù)關(guān)系。 （3）由于紙帶是4段，則加速度為。 22．（1）平均 小于 （2） 【點睛】極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度，擋光片的中心線（圖中虛線）經(jīng)過細光束時的速度是中間位置的速度，根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式、圖象求出滑塊與導(dǎo)軌間的動摩擦因素。 23．（1）鉤碼重力 （2）加速度與力成正比 C 【解析】（1）探究加速度與力的關(guān)系，應(yīng)保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受的合力； （2）由OA段圖象可知，小車質(zhì)量保持不變時，加速度與拉力成正比； （3）對小車，根據(jù)牛頓第二定律：T=Ma；對鉤碼：mg–T=ma?？傻茫海攎鉤碼<下載提示(請認真閱讀)
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- 2018-2019學年高中物理 專題4.2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系試題 新人教版必修1 2018 2019 學年 高中物理 專題 4.2 實驗 探究 加速度 質(zhì)量 關(guān)系 試題 新人 必修
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