新人教版高中物理必修第一册第四章运动和力的关系2实验：探究加速度与力质量的关系课后训练含解析

实验：探究加速度与力、质量的关系

A组·基础达标

1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：

(1)(多选)某同学将实验器材组装成如图所示的装置图，接通电源进行数据测量，该装置中的明显错误有(　　)

A．打点计时器的电源不应使用干电池，应使用交流电源

B．小车初始位置离打点计时器太远

C．小盘里不该放钩码

D．没有垫高木板平衡摩擦力

(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验．图中是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可算得小车的加速度a为________m/s2.(结果保留两位有效数字)

(3)为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重力mg，小盘和重物的质量m与小车的质量M应满足的关系是________.

【答案】(1)ABD　(2)0.20　(3)m≪M

【解析】(1)实验中的错误之处有：打点计时器没有用交流电源；小车应靠近打点计时器；没有垫高木板平衡摩擦力．故选ABD.

(2)根据Δx＝aT2，运用逐差法得a＝＝ m/s2≈0.20 m/s2.

2．为了探究质量一定时加速度与力的关系．一同学设计了如图甲所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量．m为沙和沙桶的质量．(滑轮质量不计)

(1)实验时，一定要进行的操作和保证的条件是________.

A．用天平测出沙和沙桶的质量

B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力

C．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数

D．改变沙和沙桶的质量，打出几条纸带

E．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M

(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为__________ m/s2(结果保留两位有效数字)．

(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图像如图丙所示，由图像可知，质量不变的物体受到的合外力F与产生的加速度a成________(填“正比”或“反比”)．

【答案】(1)BD　(2)1.3 m/s2　(3)正比

【解析】(1)本实验中细线的拉力由弹簧测力计直接测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M，故A、E错误．先拿下沙桶，然后将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确．打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要同时记录弹簧测力计的示数，故C错误．要改变沙和沙桶质量，从而改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确．

(2)由于两计数点间还有二个点没有画出，故相邻计数点的时间间隔为T＝0.06 s，由Δx＝aT2可得a＝×10－2 m/s2＝1.3 m/s2.

(3)正比

3．某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．

(1)(多选)下列做法正确的是_______(选填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

(2)甲、乙两位同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲 ______m乙 ，μ甲 ______μ乙．(均填“大于”“小于”或“等于”)

【答案】(1)AD　(2)小于　大于

【解析】(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B错误；实验时应先接通电源再放开木块，C错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D正确．

(2)不平衡摩擦力，则F－μmg＝ma，a＝－μg，图像的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲<m乙，μ甲>μ乙．

4．如图所示是小明同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．

(1)小明用游标卡尺测量遮光条的宽度d.

(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量c是______________(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为________(用已知量表示)．

(3)小亮同学认为：无须测出上述c和d，只要画出以F(力传感器示数)为横坐标、以________为纵坐标的图像就能直接反映加速度与力的关系．

(4)(多选)下列实验操作和要求正确的是________(请填写选项前对应的字母)．

A．应将气垫导轨调节水平

B．应测出钩码和力传感器的总质量

C．应使A位置与光电门间的距离适当大些

D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量

【答案】(2)遮光条到光电门的距离　　(3)　(4)AC

【解析】(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，根据运动学公式得若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条在A处到光电门的距离L；滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，即v＝.

(3)由匀变速直线运动的速度位移公式知，加速度a＝＝＝，由牛顿第二定律得F＝Ma＝M，则＝F，应作出－F.

(4)因为气垫导轨摩擦力小，可以忽略，不需要平衡摩擦力．故实验前应将气垫导轨调节水平，A正确；滑块受到的拉力可以由传感器测出，实验不需要测出钩码和力传感器的总质量，故B错误；为减小实验误差，应使A位置与光电门间的距离适当大些，故C正确；滑块受到的拉力可以由传感器测出，不需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量，故D错误．

B组·能力提升

5．如图所示，在探究加速度与力的关系的实验中，将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物．把木板一端垫高，以平衡摩擦力．两小车后端各系一条细线，用黑板擦把两条细线同时按压在木板上．抬起黑板擦，两小车开始运动，按下黑板擦，两小车停下来．小车受到的拉力分别为F1和F2，加速度分别为a1和a2，位移分别为x1和x2，某小组的同学通过改变拉力大小获得实验数据如表格所示．在该实验的分析中正确的是(　　)

A．若＝两个小车必须从静止开始运动，但运动时间可以不同

B．若＝两个小车不必从静止开始运动，但运动时间必须相同

C．通过第一组数据可知，在误差允许范围内，当F2＝2F1时，x2＝2x1，a2＝2a1仍说明加速度与力成正比

D．通过第一组数据的乙和第二组数据的甲相比，当F1＝F2时，位移明显不同，显然是实验误差造成的

【答案】C

【解析】根据同时开始运动，同时停止，说明初速度为零，时间相等，根据在初速度为零的匀变速直线运动知x＝at2，运动时间相等，则位移与加速度成正比，通过第一组数据可知，在误差允许范围内，当F2＝2F1时，x2＝2x1，a2＝2a1说明加速度与力成正比，故A、B错误，C正确．两组不同数据，因为运动时间不同，力相等，位移也会不等，故D错误．