高中物理人教版 (2019)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、质量的关系课后复习题

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A．在补偿阻力时，应将槽码通过定滑轮用细绳拴在小车上
B．连接槽码和小车的细绳应与长木板平行
C．补偿阻力后，长木板的位置不能移动，每次改变小车质量时，应重新补偿阻力
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先释放小车，再启动电源
2．(2022·北京市房山区高一期末)如图所示为某同学“探究在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。
(1)下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫板、小车和砝码、沙和沙桶、天平(附砝码)。除以上器材外，还需要的有________；
A．秒表 B．刻度尺
C．交变电源 D．直流电源
(2)本实验采用的科学方法是________；
A．理想实验法
B．控制变量法
C．建立物理模型法
(3)实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力；小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，把长木板一端垫高，调节长木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做________运动；
(4)某小组在“探究外力一定时，加速度与质量的关系”时，保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别记录小车加速度a与其质量m的数据，在分析处理数据时，该组同学产生分歧：甲同学认为根据实验数据可以作出小车加速度a与其质量m的图像，如图甲，然后由图像直接得出a与m成反比。乙同学认为应该继续验证a与其质量的倒数eq \f(1,m)是否成正比，并作出小车加速度a与其质量的倒数eq \f(1,m)的图像，如图乙所示。你认为同学________(选填“甲”或“乙”)的方案更合理。
3．(2023·天津市滨海新区塘沽第一中学高一月考)用如图所示的实验装置，保持小车质量一定，探究小车加速度a与合力F的关系。
(1)由于本实验中要用砝码和砝码盘的总重力大小作为细线对小车拉力大小。所以必须使砝码盘总质量m与小车质量M大小关系满足：________。
A．M远小于m
B．m远小于M
(2)为了消除阻力的影响，以下操作正确的是________。
A．需要调节斜面倾角，使小车在盘(盘中不放砝码)的牵引下在斜面上匀速下滑
B．需要拿走小盘，纸带穿过打点计时器，并固定在小车的尾端，然后调节斜面倾角，轻推小车，使小车在斜面上匀速下滑
C．每改变一次小车的质量，需要重新补偿一次阻力
(3)多次改变砝码的质量，测得多组F、a。根据实验数据作出的a－F图像如图所示。图像未经过原点的原因可能是________。
A．补偿阻力过度
B．补偿阻力不足
4．(2022·南通市高一期末)用如图甲所示的装置“探究加速度与物体受力的关系”。 把左端带有滑轮的长木板放在实验桌上，小车的右端连接穿过打点计时器的纸带，左端连接细线，细线绕过定滑轮挂有槽码。 已知交流电的频率为50 Hz。
(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使____________________。
(2)图乙是某次实验得到的纸带的一部分，该纸带的________(选填“左”或“右”)端与打点计时器连接。
(3)根据图乙中的纸带，可求出小车的加速度大小为________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
(4)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据见下表。
请根据表中的数据，在方格纸上作出a－F图像。
(5)第(4)问中作出的a－F图线不过原点，请简要说明原因：______________________________
_______________________________________________________________________________。
5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上、下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止。
(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使______________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。
(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
6．为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间的距离为x，槽码的质量为m，回答下列问题：
(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？__________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度a的表达式为__________________________。(用Δt1、Δt2、D、x表示)
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
1．B [在补偿阻力时，应将细绳从小车上拿去，垫高长木板远离定滑轮的一端，让小车的重力沿木板方向的分力与小车受到的阻力平衡，故A错误；若连接槽码和小车的细绳与长木板不保持平行，则细绳拉力的一个分力等于小车所受的外力，这样导致误差增大，故B正确；补偿阻力后长木板的位置不能移动，但每次改变小车的质量时，小车的重力沿木板方向的分力和小车受到的阻力仍能抵消，不需要重新补偿阻力，故C错误；实验时，若先放开小车，再启动打点计时器电源，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，而且刚启动电源时打点不稳定，因此要求小车释放前应靠近打点计时器，且应先启动电源，再释放小车，故D错误。]
2．(1)BC (2)B (3)匀速直线 (4)乙
解析 (1)本实验中需要测位移，则需要刻度尺，电磁打点计时器需要低压交变电源，故选B、C。
(2)实验“探究在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”，采用的科学方法是控制变量法，故选B。
(3)补偿阻力时，把长木板一端垫高，调节长木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做匀速直线运动即可。
(4)甲同学作出小车加速度a与其质量m的图像，图像是一条曲线，不能由图像直接得出a与m成反比；乙同学作出小车加速度a与其质量的倒数eq \f(1,m)的图像，图像是一条过原点的倾斜直线，可以得出加速度a与其质量的倒数eq \f(1,m)成正比，即与m成反比，所以乙的方案更合理。
3．(1)B (2)B (3)A
解析 (1)只有当m≪M时，小车所受的拉力才可以认为等于砝码盘和砝码的总重力，故选B。
(2)补偿阻力时，需要拿走小盘，纸带穿过打点计时器，并固定在小车的尾端，然后调节斜面倾角，轻推小车，使小车在斜面上匀速下滑，故A错误，B正确。改变小车的质量，不需要重新补偿阻力，故C错误。
(3)题图中直线没过原点，当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有了加速度，说明该组同学实验操作中补偿阻力过度，故选A。
4．(1)细线与木板平行 (2)左 (3)3.2
(4)见解析图 (5)没有补偿阻力或补偿阻力不足
解析 (1)小车下滑时细线的拉力方向与小车运动方向相同才能使得拉力为恒力，故在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使细线与木板平行；
(2)小车加速运动时速度逐渐增大，则在相同的时间内位移逐渐增大，故该纸带的左端与打点计时器连接；
(3)每相邻两个计数点的时间间隔为T＝2×0.02 s＝0.04 s
纸带上共有连续相等时间内的四段位移，结合逐差法可得a＝eq \f([7.21＋7.72－6.19＋6.70],4×0.042)×10－2 m/s2＝3.187 5 m/s2≈3.2 m/s2
(4)根据表格数据描点画直线如图所示
(5)由a－F图像横截距的物理意义是，用一定的合外力拉小车，而小车的加速度为零，说明没有补偿阻力或补偿阻力不足。
5．(1)细线与轨道平行(或水平) 远小于 (2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等
解析 (1)拉小车的细线要与轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为细线拉小车的力等于砝码盘和砝码的总重力。
(2)对初速度为零的匀加速直线运动，运动时间相同时，根据x＝eq \f(1,2)at2，得eq \f(a1,a2)＝eq \f(x1,x2)，所以能用位移来比较加速度大小。
6．(1)见解析 (2)a＝eq \f(\f(D,Δt2)2－\f(D,Δt1)2,2x)
解析 (1)取下槽码，滑块放在任意位置都不动；或取下槽码，轻推滑块，数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。
(2)当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间为Δt1、Δt2，对应的速度分别为v1＝eq \f(D,Δt1)、v2＝eq \f(D,Δt2)，根据v22－v12＝2ax求出加速度a＝eq \f(\f(D,Δt2)2－\f(D,Δt1)2,2x)。
F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a/(m·s－2)
0.10
0.20
0.28
0.40
0.52