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、质量的关系当堂达标检测题

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1.(2024黑龙江哈尔滨第一中学期末改编)“探究加速度与力、质量的关系”的实验的装置如图甲所示。
甲
(1)当小车的质量m0与盘和砝码的质量m的大小关系满足 时,才可以认为细绳对小车的拉力大小等于盘和砝码的总重力大小。
(2)在探究加速度与力的关系时,应保持 不变,分别改变施加在小车上的力F,测出相应的加速度a。
(3)在探究加速度与质量的关系时,应保持 不变,分别改变小车的质量m0,测出相应的加速度a。
(4)为了更直观地反映小车的加速度a与小车质量m0的关系,往往用两者的关系图像表示出来,该关系图像应选用 。
A.a-m0图像 B.a-m02图像
C.a-1m0图像D.a-m03图像
(5)A同学根据测量数据作出的a-F图线如图乙所示,此图线说明实验存在的问题是 。
(6)B、C两同学用同一装置做实验,画出了各自得到的a-F图线如图丙中的图线所示,则两位同学做实验时的哪一个物理量取值不同? 。
2.(2024江苏常州高一期末)某同学在探究小车加速度与质量的关系时,采用了如图甲所示的方案。
甲
(1)保持砝码盘中砝码质量不变,通过增减小车中的砝码个数改变砝码和小车的总质量m0,利用纸带上打出的点来测量小车的加速度,对此实验方案,下列做法合理的是 。
A.在平衡阻力时,需要把木板的一侧垫高,将砝码盘及盘中砝码用细线通过定滑轮系在小车上
B.实验时,先接通打点计时器电源,待打点计时器工作稳定后再释放小车
C.调节滑轮,使细线与木板平行
D.电火花计时器应使用220 V直流电源
(2)实验中打出的一条纸带的部分实验数据如图乙所示,相邻两个计数点间还有四个计时点未画出。所用交变电源的频率为50 Hz,由该纸带可求得小车的加速度a= m/s2(结果保留两位有效数字)。
乙
(3)小明记录的6组实验数据并作出a-1m0图像如图丙所示,由a-1m0图像可得出的实验结论为 。
丙
3.某实验小组用如图所示的装置做探究物体的加速度与质量的关系的实验。
(1)安装好实验装置后,首先平衡阻力。将长木板的右端适当垫高, (选填“挂”或“不挂”)托盘时轻推小车,若打点计时器在纸带上打出的点越来越密集,则应将长木板下的垫块向 (选填“左”或“右”)移些。重复调整垫块的位置,直到打点计时器在纸带上打出的点间距相等时,说明阻力已平衡。
(2)保持合力不变,研究加速度与质量的关系,m0为小车的质量,m为托盘与盘中砝码的总质量。在绘出a-1m0图线后,发现在1m0较大时图线发生了明显的弯曲,为使作出的图线为直线,下列做法正确的是 。
A.改作a-(m0+m)图线
B.改作a-mm0图线
C.改作a-1m0+m图线
D.改作a-1(m0+m)2图线
B组关键能力提升练
4.某课外兴趣小组设计的探究物体平均加速度与物体受力、物体质量关系的实验方案图如图所示。该小组同学先将挡板竖直固定在水平桌面上,再将弹簧一端固定在挡板上,另一端处于自然状态,并在桌面上标记自由端的位置O;在O点左侧安装一光电门,并调整其高度;将刻度尺紧贴桌边固定,使其0刻线与O点对齐。将装有遮光片的小车置于桌面上并向右压缩弹簧到某位置,记录固定在小车右侧面的薄长铁条此时所指刻度尺的刻度值x,然后释放小车记录光电门显示的遮光时间Δt。用游标卡尺测得遮光片的宽度d。请回答下列问题:
(1)光电门的位置应离O点适当 (选填“近些”或“远些”);
(2)小车加速过程的平均加速度为a= (用测得的物理量的符号表示);
(3)为减小实验误差,本实验应选用劲度系数 (选填“较大”或“较小”)的弹簧进行实验;
(4)保持小车质量不变,要探究小车平均加速度a与所受合力F的关系,只需探究平均加速度a与 的关系即可(用测得的物理量的符号表示)。
5.(2024山东名校高一联考)图甲是某研究性学习小组探究小车加速度与力的关系的实验装置,长木板置于水平桌面上,一端系有砂桶的细线通过两个光滑滑轮与固定的力传感器相连,拉力传感器可显示细线中拉力F的大小,改变砂桶中砂的质量进行多次实验。
(1)实验中 平衡小车运动中受到的阻力, 满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。(均选填“需要”或“不需要”)
(2)实验中得到一条纸带,选取纸带的一段进行测量,如图乙所示,图中各点均为计时点,测得x1=4.60 cm、x2=11.52 cm。已知打点计时器所接交变电源的频率为50 Hz,则小车的加速度大小a= m/s2。
(3)多次实验后,根据记录的实验数据,以力传感器的示数F为纵坐标,以小车的加速度a为横坐标,画出的F-a图像如图丙所示,测得图线的斜率为k,则小车的质量m= 。
(4)若实验时打点计时器所接交变电源的实际频率为49 Hz,而处理数据时却仍按50 Hz去处理,则实验计算得到的加速度相较于实际的加速度 (选填“偏大”或“偏小”)。
参考答案
分层作业25 实验:探究加速度与力、质量的关系
1.解析 (1)“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,当m0远大于m时才可以认为细绳对小车的拉力大小等于盘和砝码的总重力大小。
(2)“探究加速度与力、质量的关系”的实验中采用了控制变量法,在探究加速度与力的关系时,应保持小车的质量不变。
(3)在探究加速度与质量的关系时,应保持施加在小车上的力F不变。
(4)根据牛顿第二定律F=m0a,得a=Fm0,a与1m0成正比,即a- 1m0图像应为过原点的直线,为了更直观地反映小车的加速度a与质量m0的关系,应选用a- 1m0图像。
(5)由图乙可知,当F增大到一定程度时才有加速度,说明小车所受的阻力没有平衡掉。
(6)根据牛顿第二定律F=m0a,得a=1m0F,a-F图像的斜率表示小车的质量倒数,B、C两同学做实验时小车的质量不同。
答案 (1)m0≫m (2)小车的质量 (3)施加在小车上的力F (4)C (5)平衡阻力不足 (6)小车的质量
2.解析 (1)在平衡阻力时,不能使细线对小车有力的作用,故不能将砝码盘及盘中的砝码用细线通过定滑轮系在小车上,故A错误;为了使纸带上获得足够多、清晰的点迹,实验时,需要先接通打点计时器的电源,待打点计时器工作稳定后再释放小车,故B正确;为保证小车在运动过程中受到的拉力等于细线的拉力,细线与木板需要平行,故C正确;电火花计时器应使用220 V交变电源,故D错误。
(2)因为交变电源的频率是50 Hz,相邻两个计数点间还有四个计时点未画出,所以相邻计数点的时间间隔T=0.1 s,小车的加速度a=(7.13+7.61-6.18-6.66)×10-2(2×0.1)2 m/s2≈0.48 m/s2。
(3)由图丙可知,在小车所受拉力不变的情况下,加速度与质量的倒数成正比,即加速度与质量成反比。
答案 (1)BC (2)0.48 (3)小车所受拉力不变的情况下,加速度与质量成反比
3.解析 (1)平衡阻力时,应将长木板的右端适当垫高,小车不挂托盘时轻推小车;打点计时器在纸带上打出的点越来越密集,说明小车做减速运动,则应将长木板下的小垫块向左移动些,使长木板倾角增大一些;
(2)1m0较大时图线发生了明显的弯曲,说明不满足托盘和砝码的总质量远小于小车的质量,此时应该把托盘和砝码与小车看成一个整体,有a=Fm0+m,应改作a-1m0+m图线,故选C。
答案 (1)不挂 左 (2)C
4.解析 (1)为了比较准确地测量出小车离开弹簧时的速度大小,光电门的位置应离O点适当近些,以减小小车与桌面间的摩擦力的影响。
(2)小车经光电门时的瞬时速度近似等于遮光片经光电门时的平均速度,则有v=dΔt,由题意可知,小车加速的位移为x,由速度位移公式,可得小车的平均加速度为a=v22x=d22x(Δt)2。
(3)为减小实验误差,本实验应选用劲度系数较大的弹簧。劲度系数较大的弹簧,在同样的形变量的情况下,弹簧的弹力较大,可以减小阻力的影响。
(4)x是弹簧的形变量,因此小车质量不变,要探究小车平均加速度a与所受合力F的关系,只需探究平均加速度a与形变量x的关系。
答案 (1)近些 (2)d22x(Δt)2 (3)较大 (4)x
5.解析 (1)实验中为了使小车所受定滑轮的拉力等于小车受到的合力,需要平衡小车运动中受到的阻力;因为有力传感器测量拉力,则不需要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。
(2)小车的加速度大小a=ΔxT2=x2-x1-x1T2=(11.52-4.60-4.60)×10-20.12 m/s2=2.32 m/s2。
(3)根据牛顿第二定律得2F=ma,解得F=m2a,则图像的斜率k=m2,解得m=2k。
(4)若实验时打点计时器所接交变电源的实际频率为49 Hz,则打点周期偏大,而处理数据时却仍按50 Hz去处理,则实验计算得到的加速度相较于实际的加速度偏大。
答案 (1)需要 不需要 (2)2.32 (3)2k (4)偏大