教科版必修12 探究加速度与力、质量的关系同步训练题

这是一份教科版必修12 探究加速度与力、质量的关系同步训练题，共17页。试卷主要包含了2实验，S-2，4 AC等内容，欢迎下载使用。
2020-2021学年新人教版必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课时作业11（含解析）  1．如图甲所示为某同学研究“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。图甲(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板上滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是______（填选项前的字母标号）A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节砂和砂桶的质量m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动；B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动；C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动。(2)根据实验中的一条纸带所得数据计算出各点速度将各点速度描绘到v-t图像中（如图乙所示），请你描绘出小车的v-t图像_______，并由图线求出小车的加速度为_______m/s2。图乙图丙(3)该同学保持砂和砂桶的总质量m不变，通过在小车上增加砝码改变小车的质量M，得到多组实验数据。为了探究合力一定时加速度与质量的关系，该同学利用所测数据，做出了a与的图像如图丙所示，根据图像分析该学生在实验中存在的问题，下列原因分析正确的是___________（填字母代号）A．图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过大B．图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过小C．图像发生弯曲，可能是砂和小桶的质量过大D．图像发生弯曲，可能是小车的质量过大2．为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙同学设计了如图所示的实验装置。   其中 M 为小车的质量，m为砂和砂桶的质量，m0 为滑轮的质量，滑轮大小不计且光滑。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。(1)实验时，一定要进行的操作是________         A．用天平测出砂和砂桶的质量      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，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量 m 远小于小车的质量 M。(2)甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为 50Hz 的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_________ m/s2（结果保留三位有效数字）。(3)甲同学以力传感器的示数 F 为横坐标，加速度 a 为纵坐标，画出的 a﹣F 图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为 k，则小车的质量为_________3．某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验。如图甲所示是该实验的装置，他将光电门固定在水平轨道上的B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A由静止释放。(1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为_____。(2)若用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图乙所示，则d=_____cm，实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间A，就可以计算出小车经过光电门时的速度v。(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间△t，并算出相应的小车经过光电门时的速度v，通过描点作出v2-m线性图象（如图丙所示），从图线得到的结论是：在小车质量一定时_____。如果小车的质量M=5kg，图象的斜率k=1m2.S-2.kg-l，则A、B间的距离s=_____m。（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）4．某同学利用图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”．图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的定滑轮与一砝码盘相连．在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，已知纸带上每相邻两个计数点间还有一个点没有画出，相邻两计数点之间的距离分别是x1、x2、x3、x4、x5、x6，打点计时器所接交流电的周期为T，小车及车中砝码的总质量为m1，砝码盘和盘中砝码的总质量为m2，当地重力加速度为g．(1)根据纸带上的数据可得小车运动的加速度表达式为a＝__________ (要求结果尽可能准确)．(2)该同学探究在合力不变的情况下，加速度与物体质量的关系．下列说法正确的是__________A．平衡摩擦力时，要把空砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，纸带通过打点计时器与小车相连，再把木板不带滑轮的一端用小垫块垫起，移动小垫块，直到小车恰好能匀速滑动为止B．平衡摩擦后，还要调节定滑轮的高度，使滑轮与小车间的细绳保持水平C．若用m2g表示小车受到的拉力，则为了减小误差，本实验要求m1>>m2D．每次改变小车上砝码的质量时，都要重新平衡摩擦力(3)该同学探究在m1和m2的总质量不变情况下，加速度与合力的关系时．他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度．得到多组数据后，绘出如图丙所示的a－F图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线．图象中直线的斜率为__________ (用本实验中相关物理量的符号表示)．(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为___________(选填“控制变量”“等效替代”或“放大”)法．5．某实验小组所用的实验装置如图所示，通过改变砂桶内砂的质量研究加速度与力的关系。图中带滑轮的长木板水平放置于桌面上，一端拴有砂桶的细绳同过小车的滑轮与拉力传感器相连，拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小。 (1)下列操作必要且正确的是______；A．实验前应把木板的一侧垫高、以平衡阻力B．用天平测出砂和砂桶的质量C．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量(2)若以传感器的示数F为横坐标，通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标，画出的a-F图象如图乙所示，图象不过原点的原因是_________。若图象与纵轴截距为a0，斜率为k，则小车的质量M=______；图象不过坐标原点，对小车质量的测量_______（填“有影响”或“无影响" ）6．在“验证牛顿第二定律”的实验中，某同学发现可利用该实验测量滑块的质量M，其实验装置如图甲所示，实验步骤为：（1）调整长木板的倾角，当钩码的质量为m0时，滑块恰好可沿长木板向下做匀速运动。（2）保持长木板的倾角不变，撤去钩码，将滑块移近打点计时器，然后释放滑块，滑块沿长木板向下做匀加速直线运动，打出的纸带如图乙所示（打点计时器的打点周期为T）。请回答下列问题：①打点计时器在打下D点时滑块的速度vD＝______。②滑块做匀加速直线运动的加速度a＝______。（3）保持长木板的倾角不变，挂上质量为m（小于m0）的钩码，滑块沿长木板向下做匀加速运动，测出滑块的加速度。多次改变钩码的质量m，分别求出相应的加速度。（4）作出a－mg。图象如图丙所示，若认为细绳的拉力与所挂钩码的重力大小相等，则由图丙可求得滑块的质量M＝______kg。7．某同学利用图甲所示的装置设计一个“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”的实验。如图中AB是水平桌面，CD是一端带有定滑轮的长木板，在其表面不同位置固定两个光电门，小车上固定着一挡光片。为了补偿小车受到的阻力，将长木板C端适当垫高，使小车在不受牵引时沿木板匀速运动。用一根细绳一端拴住小车，另一端绕过定滑轮挂一托盘，托盘中有一砝码调节定滑轮的高度，使细绳的拉力方向与长木板的上表面平行，将小车靠近长木板的C端某位置由静止释放，进行实验。刚开始时小车的总质量远大于托盘和砝码的总质量。(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙所示，其读数为_____cm；(2)某次实验，小车先后经过光电门1和光电门2时，连接光电门的计时器显示挡光片的挡光时间分别为t1和t2，此过程中托盘未接触地面。已知两个光电门中心之问的间距为L，则小车的加速度表达式a（______）（结果用字母d、t1、t2、L表示）；(3)某同学在实验中保持小车总质量不变，增加托盘中砝码的个数，并将托盘和砝码的总重力当做小车所受的合力F，通过多次测量作出aF图线，如图丙中实线所示。试分析上部明显偏离直线的原因是_____。8．在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如下图所示的实验装置。小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示。(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是________。A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的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．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝求出(3)某同学在某次实验得到了如图所示的纸带（两计数点间还有四个点没有画出，纸带上的数字是相邻两点间的距离，电源频率是50赫兹）根据纸带可求出小车的加速度大小为________，打计数点“4”时的速度大小为_______ m/s。（结果保留两位有效数字）9．如图所示，某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B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A由静止释放。(1)若用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图乙所示，则d=______cm；(2)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为______；(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出线性图像，研究小车加速度与力的关系。处理数据时应作出______（选填“v-m”或“v2-m”）图像；(4)某同学在(3)中作出的线性图像不通过坐标原点，其原因是______。10．某实验小组利用如图甲所示的实验装置测量物体的质量；一根跨过轻质定滑轮的轻绳一端与质量为m的重物P相连，另一端与待测物块Q（Q的质量大于m）相连，重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度大小为g。(1)某次实验中，先接通频率为50Hz的交流电源，再由静止释放待测物块Q，得到如图乙所示的纸带，已知纸带上每相邻两计数点间还有四个计时点没有画出，由纸带可知待测物块Q下落的加速度大小a=_____m/s2（结果保留三位有效数字）。(2)在忽略阻力的情况下，待测物块Q的质量可表示为M=_____（用字母m、a、g表示）。(3)若考虑空气阻力、纸带与打点计时器间的摩擦及定滑轮中的滚动摩擦，则待测物块Q质量的测量值会_____（填“偏大”或“偏小”）。
参考答案1．B        0.4    AC    【解析】【分析】【详解】(1)[1]接下来的操作就是要平衡摩擦力，其方法是：将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。故选B。(2) [2]描绘出小车的v-t图像如图所示；[3]由图线求出小车的加速度为(3)[4]由图丙可知，当小车质量无穷大时小车的加速度大于0，说明此时平衡摩擦力过度，即木板与水平面的夹角太大；
该实验中当小车的质量远大于砂和砂桶的质量太大时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砂和砂桶的总重力大小，随着F的增大，即砂和砂桶的质量增大，逐渐地砂和砂桶的质量不再满足小车质量远大于砂和砂桶的质量，因此会出现较大误差，图像会产生偏折现象。故选AC。2．BC    2.00        【解析】【分析】【详解】(1)[1]力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂）的质量远小于车的总质量，AD错误；实验时需将长木板右端垫高，以平衡摩擦力，B正确；实验时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，需记录传感器的示数，C正确；故选BC。
(2)[2]数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s，根据△x=aT2，运用逐差法得，则有 可得a=2.00m/s2(3)[3]第二定律得2F=(M+m0）a则有a-F图像的斜率小车质量为3．M≫m    1.050cm    外力和加速度成正比    0.25m    【解析】【分析】【详解】(1) [1]设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有F=Ma 对重物有mg-F=ma  解得由此可知当M≫m时，重物的重力等于绳子的拉力；(2)[2]游标卡尺的主尺读数为10mm，游标读数为0.05×10mm=0.50mm，所以最终读数为10mm+0.150mm=10.50mm=1.050cm(3)[3]由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有由题意可知，g为常量，M、s不变，由v2-m图象可知，外力和加速度成正比；[4]根据图像可知代入数据可得s=0.25m4．    C        控制变量    【解析】【分析】【详解】(1)[1]因为每相邻两计数点间还有一个点没有标出，则有x6-x3=3a（2T）2，x5-x2=3a（2T）2，x4-x1=3a（2T）2解得a=(2)[2]平衡摩擦力时不用挂空砝码盘；调节滑轮的髙度时细绳应与木板平行；实验是用砝码盘和盘中砝码受到 的总重力代替小车受到的拉力的，所以要求m1>>m2．每次改变小车的质量时不用重新平衡摩擦力，故C正确ABD错误．(3)[3]由公式F=（m1+m2）a可得a=即斜率为．(4)[4]该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为控制变量法．5．A    平衡摩擦力过度        无影响    【解析】【分析】【详解】(1)[1]A．为了使小车所受合力为绳子的拉力，应把木板的一侧垫高，以平衡摩擦力，A正确；B．因有传感器记录拉力大小，故不需用天平测出砂和砂桶的质量，B错误；C．因有传感器显示小车受到的拉力，故实验中没必要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，C错误。故选A。(2)[2]由图象乙可知，拉力为零时小车已经产生加速度，说明小车受到的合力大于细线的拉力，这是由于平衡摩擦力时木板倾角过大、平衡摩擦力过度造成的。[3]根据牛顿第二定律可得变形得结合斜率可知[4]图象不过坐标原点，对小车质量的测量无影响。6．        0.16    【解析】【分析】【详解】(1)[1]从图乙中可知①根据匀变速直线运动过程中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得②[2]根据逐差法可得联立可得(4)[3]滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得挂上质量为的钩码时滑块沿长木板向下做匀加速直线运动，受到的合外力，由牛顿第二定律得解得由图丙所示图象可知解得7．0.170        托盘和砝码的总质量过大，小车所受合力与托盘和砝码的总重力相差越来越大    【解析】【分析】【详解】(1)[1]游标卡尺的主尺读数为：1mm，游标尺的刻度第14个刻度与上边的刻度对齐，所以读数为：0.05×14=0.70mm，所以d=1mm+0.70mm=1.70mm=0.170cm；(2)[2]小车做匀变速直线运动，根据匀变速直线运动速度位移公式得(3)[3]实验时，小车的合外力认为就是托盘和砝码的总重力mg，只有在Mm时，才有图线才接近直线，一旦不满足Mm，描出的点的横坐标就会向右偏离较多，造成图线向右弯曲，所以图线上部明显偏离直线的原因是托盘和砝码的总质量过大，小车所受合力与托盘和砝码的总重力相差越来越大。8．m<<M    B    0.50    0.31    【解析】【分析】【详解】(1)[1]根据牛顿第二定律得：解得则绳子的拉力可知当时，即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．(2)[2]A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码拿开，轻轻推出小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A不符合题意
B．平衡摩擦力后有小车质量改变时，总满足与小车质量无关，不需要重新平衡摩擦力，B符合题意；C．使用打点计时器时，由于实验过程非常短暂，所以为了得到更多的数据和使得计时器稳定工作，应该先接通电源，后释放纸带，C不符合题意；D．小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式求出，这是直接运用牛顿第二定律计算的，本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，D不符合题意．故选B。(3)[3][4]两计数点间的时间间隔为T周=0.02s。纸带上从左往右两个点之间的位移依次记着s1到s6，计数点间的时间间隔为T=0.1s。
以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有 9．1.140    M远大于m    v2-m    小车与水平轨道间存在摩擦力（或未平衡摩擦力）    【解析】【分析】【详解】(1)[1]游标卡尺的读数为主尺的读数再加游标尺的读数，故其读数为(2)[2]以m为对象：以M为对象：解得：所以当小车的质量M远大于重物的质量m，可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等。(3)[3]测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，并算出相应小车经过光电门时的速度v，由牛顿第二定律有设小车到光电门的位移为L，由运动学关系可知即故处理数据时应作出v2-m图线。(4)[4]如果在v2-m中作出的线性图像不通过坐标原点，其原因是小车与水平轨道间存在摩擦力（或未平衡摩擦力）。10．1.98        偏小    【解析】【分析】【详解】(1)[1]由匀变速直线运动的判别式，结合六段位移采用逐差法可知其中，代入数据可得(2)[2]对连接体由牛顿第二定律可知解得(3)[3]可将待测物块Q的质量公式化简为因为有空气阻力和摩擦阻力，所以测得的加速度偏小，由于，则a偏小，物块Q质量的测量值偏小。