高中物理教科版 (2019)必修 第一册第四章 牛顿运动定律2 探究加速度与力、质量的关系精品习题

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4.2探究加速度与力、质量的关系同步练习教科版（  2019）高中物理必修第一册

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意：本试卷包含Ⅰ、Ⅱ两卷。第Ⅰ卷为选择题，所有答案必须用2B铅笔涂在答题卡中相应的位置。第Ⅱ卷为非选择题，所有答案必须填在答题卷的相应位置。答案写在试卷上均无效，不予记分。

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1.  某同学设计如图所示的研究小车加速度与力关系的实验装置．木板置于水平桌面上，一端系有砂桶的细绳通过滑轮与拉力传感器相连，拉力传感器可显示所受的拉力大小，改变桶中砂的质量多次实验．则实验中需要 

A. 测量砂和砂桶的总质量
B. 先释放小车再接通打点计时器
C. 平衡摩擦时，需要挂砂和砂桶
D. 不需要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量

2. “探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，用该装置研究小车的加速度与质量的关系时，下列说法中错误的是

A. 实验时，应先接通电源，再释放小车
B. 打点计时器应接在学生电源的直流输出端
C. 在探究加速度与质量的关系时，应保证小车的合力大小不变
D. 在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，作出图像

3. 下列实验操作，正确的是   

A. “验证机械能守恒”实验中，应使重锤从尽可能远离打点计时器的位置下落
B. “验证力的平行四边形定则”实验中，将橡皮筋沿相同方向拉长相同的长度就可使合力和分力的作用效果相同
C. “探究加速度与力和质量的关系”实验中，应将轨道适当倾斜，使小车能够在轨道上由静止开始下滑
D. “探究功与速度的关系”实验中，放置小车的木板应尽可能水平

4. 某组同学实验得出数据，画出图如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是

A. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小
B. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大
C. 实验中绳子拉力方向没有跟平板平行
D. 实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件
 

5. 实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成下图所示实验装置可以完成多个力学实验，利用该装置进行如下实验时，以下说法正确的是

A. 在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响
B. 在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量
C. 在“探究加速度与小车质量关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力
D. 在“探究加速度与力关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线水平

6. 如图所示是某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在长木板上的点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置由静止释放。

关于本实验，下列说法正确的是   

A. 将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在重物拉动下恰好做匀速运动，此时小车受到的拉力和摩擦力恰好平衡
B. 将木板不带滑轮的一端适当垫高，用手轻轻推动在不挂重物的情况下使小车恰好做匀速运动，这是用小车受到的重力沿斜面方向的分力平衡了小车受到的摩擦力的结果
C. 将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂重物的情况下使小车恰好做匀速运动，当挂上重物时，每次改变重物的质量都需要重新调节木板的倾角
D. 进行实验时，应当先释放小车，再接通电源。

7. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时，小盘和砝码的重力不变，探究加速度与质量的关系，以下说法中正确的是

A. 平衡摩擦力时，应将小盘和砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C. 实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D. 小车运动的加速度可用天平测出小车的质量和小盘与砝码的总质量，直接用公式求出

8. 图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图．两个相同的小车，放在比较光滑的水平板上摩擦力很小，可以略去，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码．两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止．用刻度尺测出两小车通过的位移，则位移之比就等于它们的加速度之比．为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法中正确的是

A. 使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量
B. 若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响
C. 位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比
D. 可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验

9. 在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是

A. 建立理想模型的方法 B. 控制变量法
C. 等效替代法 D. 类比法

10. 某同学在用如图所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验时，忘记平衡小车运动中所受的摩擦力了，其他操作、计算及作图均正确，他最后做出的关系图可能是 

A.  B.
C.  D.

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

11. 利用图示装置可以做力学中的许多实验，下说法正确的是

A. 利用此装置研究匀变速直线运动时，可以不用消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B. 利用此装置探究小车的加速度与质量的关系并用图象法处理数据时，如果画出的关系图象不是直线，就可确定加速度与质量成反比
C. 利用此装置探究小车的加速度与力的关系并用图象法处理数据时，如果画出的关系图象是过坐标原点的倾斜直线，就可确定加速度与力成正比
D. 利用此装置探究功与速度变化的关系时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高。这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响

12. 为了验证“加速度与物体质量成反比”的猜想，同学们采用图象法处理数据，下图是四个小组描绘出的不同图象，你觉得能够准确验证上述猜想的图象有

A.  B.
C.  D.

13. 利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度和小车所受拉力的图象如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的图象如图乙中的直线Ⅱ所示．直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况的解释正确的是

A. 实验前甲同学没有平衡摩擦力
B. 甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C. 实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
D. 乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

14. 如图是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，正要打开夹子时的情况．某同学指出了实验时的几个错误，其说法正确的是

A. 该实验前没有平衡摩擦力
B. 拉小车的细线应平行桌面
C. 实验电源应为交流电电源
D. 小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

15. 如图所示的实验装置，可以用来研究“合外力一定时，物体运动的加速度与其质量的关系”，长木板倾斜放置，倾角可以调整。长木板上安装有力传感器，两个光电门、，以及与光电门相连的自动计时器图中未画出，小车通过细绳与力传感器相连，从力传感器上可以直接读出细绳上的拉力大小，调整光电门的位置，使小车上的遮光片刚好遮住光电门。剪断细绳后，小车匀加速下滑，小车通过、的时间间隔可以从与光电门相连的自动计时器读出。用刻度尺测出、之间的距离。
     

设小车质量为，里面放置的砝码质量为，若、、、、几个物理量满足_________________，则可得出在“合外力不变的情况下，物体加速度与其质量成反比”的结论。

为了使实验得出的结论更可靠，多次改变小车内砝码的质量，同时调整长木板倾角，保证改变小车内砝码的质量后力传感器读数不变，得到多组、数据，用图像法处理数据，希望得到的图像是一条直线，以为纵坐标，应该以_________________为横坐标。

本实验是否需要平衡摩擦力的步骤_________________填“是”或“否”。

16. 在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：
     

本实验采用的研究问题的科学方法是__________

A.建立理想化模型法 控制变量法 等效替代法 理想实验法

实验时长木板要左端适当垫高，其目的是__________
实验中打点计时器的打点周期，纸带上相邻的两个计数点之间有四个点未标出，由图中数据可以求出小车的加速度等于__________。

四、计算题（本大题共1小题，共10.0分）

17. 为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：

   为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是___________

              将不带滑轮的木板一端垫高适当，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

              将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动

              将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

              将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动

   在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，得到一条打点的纸带，如图所示，已知相邻计数点间的时间间隔为，且间距、、、、、已量出，则小车加速度的表达式为___________；

   消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后，可用钩码总重力代替小车所受的拉力，此时钩码与小车总质量之间应满足的关系为_______________；

   在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码质量不变，改变小车质量，得到的实验数据如下表：

为了验证猜想，请在下列坐标系中作出最能直观反映与之间关系的图象．

答案和解析

1.【答案】
 

【解析】

【分析】
本题考查了研究小车加速度与力关系的实验；本题考查了实验时应注意的事项，特别要注意的是，由于本实验用拉力传感器可显示所受的拉力大小，在本实验中不需要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量；
【解答】
A.绳子的拉力可以通过拉力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，故A错误；
B.实验时先接通打点计时电源器再释放小车，故B错误；
C.平衡摩擦时，不需要挂砂和砂桶，但应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上，调整长木板的倾斜度，让小车拖着纸带做匀速直线运动，故C错误；
D.实验中拉力通过拉力传感器测出，不需要满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量，故D正确；
故选D。  

2.【答案】
 

【解析】

【分析】
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项。该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要。
【解答】
A.实验时，如果先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理。所以应先接通电源，再释放小车，故A正确；
B.打点计时器使用的是交流电源，故B错误；
C.该实验采用的是控制变量法研究，在探究加速度与质量的关系时，应保持合力大小不变，故C正确；
D.在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应用描点法拟合呈一条倾斜的直线。所以应作出图象，故D正确。
此题选错误的，故选B。  

3.【答案】
 

【解析】

【分析】
根据实验的原理、以及操作步骤中的注意事项逐项分析，注意“探究加速度与力和质量的关系”、“探究功与速度的关系”实验均要平衡摩擦力。
本题考查了实验中基本步骤的考查，关键要理解实验的原理，以及实验中的注意事项，难度不大。
【解答】
A.“验证机械能守恒”的实验中，应使重锤紧靠打点计时器的位置下落，故A错误；
B.“验证力的平行四边形定则”实验中，为了产生相同的效果，两次橡皮筋应拉到同一结点，即将橡皮筋沿相同方向拉长相同的长度，故B正确；
C.“探究加速度与力和质量的关系”实验中，应将轨道适当倾斜，平衡摩擦力，轻推小车，使得小车拉着纸带做匀速直线运动，故C错误；
D.“探究功与速度的关系”实验中，为了平衡摩擦力，木板应适当倾斜，故D错误。
故选B。  

4.【答案】
 

【解析】解：当为零时，加速度不为零，知平衡摩擦力时斜面倾角过大．
故选：。
本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，只要掌握了实验原理就能顺利解决此类题目，就能举一反三，所以要注意基本原理的学习．
 

5.【答案】
 

【解析】

【分析】
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题。
【解答】
用此装置“研究匀变速直线运动”时，只要使小车做匀变速直线运动，必须设法保证小车所受合外力为恒力，不必要使砂和砂桶总质量远小于小车的质量，也不需要平衡摩擦力，故AB错误；
C.用此装置做“探究加速度与小车质量的关系”的实验时，平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即，式子成立与质量无关，故改变质量后不需重新进行平衡，故C正确；
D.在利用该装置来做““探究加速度与力关系”时要调整滑轮高度使连接小车细线与木板平行，才能确保小车的加速度稳定，否则随着小车的移动，细线与木板之间的夹角变化，导致在运动过程中，拉小车的力发生变化，故D错误。
故选C。  

6.【答案】
 

【解析】

【分析】本题考查探究小车加速度与力的关系试验中平衡摩擦力步骤的原理，和打点计时器的使用，意在检验学生对试验原理和器材正确使用。
【解答】平衡摩擦力应该在不挂重物时进行，将木板不带滑轮的一端适当垫高，用手轻轻推动在小车恰好做匀速运动，这是用小车受到的重力沿斜面方向的分力平衡了小车受到的摩擦力，即：，可见平衡好以后，不管小车质量是否变化，只要保持长木板倾角不不变，小车受到的重力沿斜面方向的分力与小车受到的摩擦力就总是平衡的，无需每次重新调节木板的倾角，所以B正确AC错误。进行实验时，都应当先接通电源，再释放小车，D错误。
故选B。  

7.【答案】
 

【解析】

【分析】
本题考查了“探究加速度与力、质量的关系”的实验，熟悉实验原理、注意事项和知道平衡摩擦力的原因和方法是解题的关键。
【解答】
A.平衡摩擦力，不能将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上，故A错误；
B.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；
C.实验时，先接通打点计时器的电源，再释放小车，故C错误；
D.选项的方法成立的前提是牛顿第二定律即加速度与质量成反比，而本实验中我们是验证牛顿第二定律，故发生了循环论证，故D错误。
故选B。  

8.【答案】
 

【解析】解：、盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量，绳对小车拉力大小近似等于盘和盘中砝码的重力。故A错误；
B、粗糙水平板有摩擦力，小车受到的合力不等于绳子的拉力，故B错误；
C、根据初速度为零的匀变速直线运动公式，用刻度尺测量两小车通过的位移，两车的位移之比就是加速度之比，所以可以通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系，故C正确；
D、实验的目的是探究加速度和力之间关系，即探究小车的加速度和小车受的合力之间关系，所以在两小车内放置相同质量的砝码进行实验，在两小盘内放置不同质量的砝码改变合力，故D错误。
故选：。
要求在什么情况下才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，需求出绳子的拉力，而要求绳子的拉力，应先以整体为研究对象求出整体的加速度，再以为研究对象求出绳子的拉力，通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有时才可以认为绳对小车拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，根据初速度为零的匀变速直线运动特点可得出答案．
只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．
 

9.【答案】
 

【解析】

【分析】
明确理想模型、控制变量、等效替代、类比等各种方法的应用即可正确解答本题．
在学习物理过程中掌握各种研究问题的方法是很重要的，要了解各种方法在物理中的应用．
【解答】
解：在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，故ACD错误，B正确．
故选：．  

10.【答案】
 

【解析】

【分析】
没有平衡摩擦力时，当小车有拉力时，加速度仍可能为，当拉力达到一定程度，小车才开始运动，由此可正确解答。
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后结合物理规律去解决实验问题。
【解答】
当未平衡摩擦力时，对小车受力分析可知，若拉力较小时，则加速度仍然为，故图象在横坐标上应有截距，且不能是通过原点的直线，故BCD错误，A正确。
故选A。  

11.【答案】
 

【解析】解：、研究匀变速直线运动时，只要小车做匀加速直线运动即可，可以不考虑摩擦力影响，故选项A正确；
B、探究小车的加速度与质量的关系并用图象法处理数据时，如果画出的关系图象不是直线，则加速度与质量的关系有很多可能，不能确定加速度与质量成反比，故选项B错误；
C、探究小车的加速度与力的关系并用图象法处理数据时，如果画出的关系图象是过坐标原点的倾斜直线，则加速度是作用力的正比例函数，则可确定加速度与力成正比，故选项C正确；
D、探究功与速度变化的关系时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高。这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即平衡摩擦力，故选项D正确。
故选：。
利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力；在探究“小车的加速度与质量的关系”，需要平衡摩擦力，探究加速度与质量的关系，应作出图线。
根据牛顿第二定律，运用整体法和隔离法求出拉力的表达式，从而确定砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力的条件
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题；注意图象进行数据处理时，斜率和截距表示的物理意义。
 

12.【答案】
 

【解析】解：若加速度与物体质量成反比，在图象中应该是双曲线，但是实验得出的各组数据是不是落在同一条双曲线上是不好判断的，但是的关系是正比例函数，若画出图象是过原点的倾斜的直线，则说明加速度与物体质量成反比，若画出图象是过原点的倾斜的直线，则也能说明加速度与物体质量成反比，故BC正确，AD错误．
故选：
本题主要考查了用图象法处理数据的能力，注意验证“加速度与物体质量成反比”也可以画出图象，难度适中．
 

13.【答案】
 

【解析】解：、Ⅰ图象表明在小车的拉力为时，小车的加速度大于，说明合外力大于，说明平衡摩擦力过度，即把长木板的末端抬得过高了。故A错误，B正确。
、Ⅱ图象说明在拉力大于时，物体的加速度为，说明合外力为，即绳子的拉力被摩擦力平衡了，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，也就是没有将长木板的末端抬高或抬高不够。故C正确，而D错误。
故选：。
Ⅰ图象表明在小车的拉力为时，合外力大于，说明平衡摩擦力过度．Ⅱ图象说明在拉力大于时，物体的加速度为，说明绳子的拉力被摩擦力平衡了，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握，难度适中．
 

14.【答案】
 

【解析】解：、木板水平放置，实验前没有平衡摩擦力，故A正确．
B、如果细线不保持水平，那么小车的合力就不等于绳子的拉力．小车的合力就不能正确测量，故B正确．
C、电火花和电磁计时器都使用交流电源，故C正确．
D、小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远，这样便于小车运动一段过程，从而能准确测量小车的加速度，减小误差．
故选：．
本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，只要掌握了实验原理就能顺利解决此类题目，就能举一反三，所以要注意基本原理的学习．
 

15.【答案】    否
 

【解析】解：有细绳的拉力时，小车处于平衡状态，剪断细绳后，小车受到的合外力等于；
小车的加速度为，由牛顿第二定律得：；
根据，整理得：，故以为纵坐标，为横坐标，就会得到一条直线。
传感器的示数就等于合外力的大小，因此本实验不需平衡摩擦力。
故答案为：；；否
实验操作时应先接通光电门后释放滑块，小车加速运动的合外力为，根据实验原理可知无需考虑砂和砂桶的总质量是否远小于小车质量；
本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；由位移时间公式求出加速度；
根据牛顿第二定律列式，即可明确应验证的公式。
本题关键明确实验原理，首先根据牛顿第二定律，可确定小车下滑过程中合外力的大小；根据数字毫秒计光电传感器测速度的原理，结合位移时间的关系，即可求得加速度。
 

16.【答案】 ；补偿小车所受的阻力；。
 

【解析】

【分析】
根据实验原理分析；
根据求解。
本题考查探究“加速度与力、质量的关系”的实验，关键在于理解实验的原理，注意加速度计算时单位换算。
【解答】
探究加速度、力与质量关系实验要采用控制变量法，故B正确，ACD错误；
将长木板左端适当垫高的目的是平衡小车及纸带系统所受阻力或补偿小车所受的阻力。
打点计时器的打点周期，纸带上相邻的两个计数点之间有四个点未标出，相邻两计数点的时间为。
由图，，，，连续相等的位移之差都为。
由逐差法求加速度大小，。
故答案为： ；补偿小车所受的阻力； 。  

17.【答案】；；
 

【解析】

解：将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力大小等于绳子的拉力，故ABD错误，C正确．
故选：．
根据匀变速直线运动的推论，有：



 
联立解得：．
根据牛顿第二定律得：
对：
对：
解得：，由此可知当时，即当钩码的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于钩码的总重力．
能直观反映与之间关系，作出图象，据所提供数据，采用描点法得出图象如下所示：
故答案为：
；
；
；
如图所示．
【分析】
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，了解平衡摩擦力的方法；
利用逐差法可以求出加速度的大小；
根据牛顿第二定律，求出小车实际的拉力大小，然后和进行比较，可以得出结论；
根据所提供数据，采用描点法，可以正确的画出图象．
做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，实验的两个前提：平衡摩擦力和要明确．从纸带上求解加速度和速度是高中实验中常用的方法一定要熟练掌握．