物理必修12 探究加速度与力、质量的关系课后复习题

这是一份物理必修12 探究加速度与力、质量的关系课后复习题，共15页。试卷主要包含了2实验，6，cs37°＝0，55 2，60cm-4，45m/s2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16（含解析）  1．某高中生想用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。本实验采用50Hz电磁打点计时器进行实验。(1)实验开始先调节木板上定滑轮，使牵引的细绳与木板平行。这样做的目的是_____（填写字母）A．避免小车在运动过程中抖动B．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力C．保证小车最终能实现匀速直线运动D．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰(2)该同学在实验时打出的一条纸带如下图所示，每隔4个点取一个计数点，据此纸带可知小车在C点的速度大小为_____m/s（保留两位有效数字）。(3)下列说法正确的是_____（填写字母）A．需要配备低压学生电源B．先释放小车再接通电源C．在每次改变砝码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力2．某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”．（1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力．该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列___的点，说明小车在做___运动．（2）如果该同学先如（1）中的操作，平衡了摩擦力．以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，测小车加速度a，作a－F的图象．如图丙图线正确的是___．（3）设纸带上计数点的间距为s1和s2．下图为用米尺测量某一纸带上的s1、s2的情况，从图中可读出s1＝3.10cm，s2＝__cm，已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a＝___m/s2．3．在“探究加速度a与物体所受合力F及质量m之间的定量关系”的实验中，甲、乙两个实验小组分别采用不同的实验器材进行实验：(1)实验小组甲采用图甲的实验装置探究加速度a与质量m之间的定量关系，图中A为小车（质量为m1），B为电火花计时器，C为重物（质量为m2），D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中把重物C的重量作为细绳对小车的拉力，则①质量m1、m2应满足的关系是：m1__________m2；（选填“远大于”或“远小于”）②__________平衡摩擦力。（选填“需要或“不需要”）(2)实验小组乙探究加速度a与物体所受合力F之间的定量关系，他们在图甲的小车上固定了能将数据进行无线传输的拉力传感器，并将传感器的数据传输给计算机，可在计算机上直接读出绳对小车拉力F的大小，其它器材相同，则①此实验装置_____（选填“需要”或“不需要”）满足小组甲的条件①；②通过实验数据画出a-F图象如图乙所示，图线不过坐标原点的主要原因可能是（______）A．小车的质量m1较小B．重物的质量m2较大C．平衡摩擦力时木板的倾角偏大D．平衡摩擦力时木板的倾角偏小(3)图丙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz。根据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．某学习小组用图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”实验。(1)为了测小车的瞬时速度，先用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，遮光条的宽度d=_____cm。(2)本实验中，为了让小车受到的合力等于细线对小车的拉力，应_____。（选填“平衡小车受到的摩擦力”或“增加砝码个数”）(3)该同学正确安装实验器材后，让小车由静止释放，测出遮光条通过光电门A、B的时间分为t1、t2，测出遮光条的宽度为d，A、B之间的距离为x，则小车的加速度a=_____。（用题目中所给物理量的字母表示）(4)本实验采用控制变量法，保持砝码和砝码盘的总质量m不变，改变小车的质量M，则作出的图象为_____。（填正确答案标号）A．    B．C．    D．5．在“探究加速度与合外力关系”的实验中，某兴趣小组重新设计实验，实验装置如图1所示，实验步骤如下：①细绳一端系在小车上，另一端绕过定滑轮后挂一个小砝码盘（不计绳与滑轮间的摩擦）；②在盘中放入质量为m的砝码，用活动支柱将木板装有定滑轮的一端垫高，调整木板倾角，恰好使小车沿木板匀速下滑；③保持木板倾角不变，取下砝码盘，将纸带与小车相连，并穿过打点计时器的限位孔，接通打点计时器电源后，释放小车；④取下纸带后，记录砝码和砝码盘的质量m+m0和对应的小车加速度a；⑤改变盘中砝码的质量，重复②③④步骤实验。回答下列问题(1)你认为本次实验中小车的质量是否需要远远大于砝码的质量？_________（填“是”或“否”）(2)在上述步骤④中，如果只记录砝码的质量，在其它步骤与计算都正确的情况下，得到的图像是图2中哪一个？_______（填“甲”或“乙”）6．某同学利用图（a）所示实验装置即数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示，实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成      （填“线性”或“非线性”）的关系．（2）由图（b）可知，图线不经过远点，可能的原因是          ．（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是      ，钩码的质量应满足的条件是           ．7．如图甲是某同学测量重力加速度的装置，他将质量均为M的两个重物用轻绳连接，放在光滑的轻质滑轮上，这时系统处于静止状态．该同学在左侧重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物m的重力作用而使系统做初速度为零的缓慢加速运动，该同学用某种办法测出系统运动的加速度并记录下来．完成一次实验后，换用不同质量的小重物，并多次重复实验，测出不同m时系统的加速度a并作好记录．（1）若选定物块从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有（______）A．小重物的质量m                 B．大重物的质量MC．绳子的长度                     D．重物下落的距离及下落这段距离所用的时间（2）经过多次重复实验，得到多组a、m数据，做出－图像，如图乙所示，已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g＝_______，并可求出重物质量M＝_________．（用k和b表示）8．为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）(1)下列实验步骤正确的是_______。A．小车靠近打点计时器时，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数B．实验中要将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力C．该实验中需要砂和砂桶的质量m远小于小车的质量MD．该实验不需要改变砂和砂桶的质量，只需要打出一-条纸带即可(2)该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。(3)以力传感器的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________。A．k    B． C．2k    D．9．某实验小组利用如图所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验．（1）为了减小误差，在平衡摩擦力后，每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力，获取多组数据．若小车质量为400 g，实验中每次所用的钩码总质量范围应选________组会比较合理．（填选项前的字母）A．10 g～40 g     B．200 g～400 g        C．1000 g～2000 g（2）实验中打点计时器所使用的电源频率为50 Hz，图中给出的是实验中获取的纸带的一部分：1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点未标出，由该纸带可求得小车的加速度a=____________m/s2．（结果保留3位有效数字）（3）改变钩码的个数重复实验，得到加速度a与合外力F的关系如图所示，分析线段OA段，可得出实验的结论是____________________．10．“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图a所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F，通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a— F图线，如图b所示。(1)图线_________（填“①”或者“②”）是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。(2)在轨道为斜面情况下，轨道倾斜的角度为θ=370，则小车与轨道面的动摩擦因数μ=______________（已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。(3)在轨道水平时，小车运动的阻力F1=_________N。(4)图b中，拉力F较大时，a— F图线明显弯曲，产生误差，为避免此误差可采取的措施是_________（填选项字母）A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动B．增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验
参考答案1．B    0.16    A    【解析】【分析】【详解】(1)[1]使牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，故选B(2)[2]打C点时的速度(3)[3]A．本实验采用50Hz电磁打点计时器进行实验，则需要配备低压学生电源，故A正确；B．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误；C．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mgsinθ=μmgcosθ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错误。故选A。2．点迹均匀    匀速直线    C    5.55    2.45    【解析】【分析】【详解】（1）［1］［2］平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，不要挂钩码，将长木板的右端垫高至合适位置，使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点，说明小车在做匀速直线运动．（2）［3］AC.如果这位同学先如（1）中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始a-F的图象是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图象发生弯曲，故A错误，C正确；B. a－F图象与纵轴的截距，说明平衡摩擦力有点过分，与题意不合，故C错误；D. a－F图象与横轴的截距，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，与题意不合，故D错误.（3）［4］从图中可读出s2＝9.60cm-4.05cm=5.55cm．［5］由逐差法s=at2，其中t=0.1s，小车加速度的大小a==10-2m/s2=2.45m/s23．远大于    需要    不需要    C    3.2    【解析】【分析】【详解】(1)[1]要把重物C的重量作为细绳对小车的拉力，则重物C下降的加速度要较小，所以此时需满足重物的质量远小于小车的质量，即m1远大于m2。[2]为使小车所受合力等于细绳对小车的拉力，需要调整木板的倾角，使小车重力沿木板的分量与小车所受摩擦力平衡。(2)[3]拉力传感器可直接读出绳对小车拉力F的大小，不需用重物C的重量作为细绳对小车的拉力，则不需要满足m1远大于m2。[4]图线不过坐标原点，图线与纵轴交点的物理意义是当绳的拉力是0时，小车已在加速下滑，说明平衡摩擦力时木板的倾角偏大，故C项正确，ABD三项错误。故选C。(3)[5]实验所用电源的频率为50Hz，由图知，相邻两计数点间时间间隔。据“逐差法”可得，小车的加速度4．1.030    平衡小车受到的摩擦力        C    【解析】【分析】【详解】(1)［1］由题图乙所示的游标卡尺可知，主尺示数为10mm，游标尺示数为6×0.05mm=0.30mm，则游标卡尺的示数d=10mm+0.30mm=10.30mm=1.030cm(2)［2］为了使细线对小车的拉力等于小车受到的合力，则首先要做的重要步骤是平衡摩擦力。(3)［3］小车经过光电门A时的瞬时速度的表达式小车经过光电门B时的瞬时速度的表达式根据可得(4)［4］设细线的拉力为T，对砝码及砝码盘整体分析可知对小车分析可知T=Ma，联立整理可得即图象为一次函数关系图象，故C项正确。故选C。5．否    乙    【解析】【分析】【详解】(1)[1]当物体小车匀速下滑时有当取下细绳和砝码盘后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不变，因此其合外力为(m+m0)g，由此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量(2)[2]应该记录砝码和砝码盘的质量m+m0，如果只记录砝码的质量，将会使不加砝码时也存在合外力，即在外力为零时，加速度不为零，故选乙6．（1）非线性（2）存在摩擦力（3）调整轨道倾斜度以平衡摩擦力  远小于小车质量【解析】【分析】试题分析：（1）根据该同学描绘的加速度和钩码质量的图象是一条曲线而不是直线，所以是非线性关系．（2）根据图（b）可知当钩码有一定质量，即细线有一定拉力时，小车加速度仍等于0，说明小车合力等于0，所以可能除拉力外小车还受到摩擦力作用（3）实验改进部分由两个要求，第一个就是图象不过远点，需要平衡摩擦力，所以调整轨道倾斜度，第二个就是图象时曲线，因为小车的合力即细线拉力并不等于钩码重力，而是拉力只有当时．，图象近似为直线．考点：探究牛顿第二定律实验探究【详解】 7．AD    1/b    k/2b    【解析】【分析】【详解】(1)对整体分析,根据牛顿第二定律得： ,
计算得出 ,
根据 得： .
所以需要测量的物理量有:小重物的质量m,重物下落的距离及下落这段距离所用的时间.故AD正确.

(2)因为,则 ,
知图线的斜率 ， ,
计算得出 , .8．B    0.50    D    【解析】【分析】【详解】(1)[1]A．小车靠近打点计时器时，应先接通电源，再释放小车，故A错误；B．实验中需要平衡摩擦力，采取的措施是将带滑轮的长木板右端适当垫高，故B正确；C．因本实验中，是用力传感器记录力的大小，故该实验中不需要砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，故C错误；D．该实验中需要多次改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带，故D错误。故选B。(2)[2]由题可知，相邻读数点的时间间隔为T＝0.1s，连续相连的计数点间的位移差故有(3)[3]由牛顿第二定律可知结合题图，可知故小车的质量为故选D。9．A    1.11    误差允许的范围内，质量不变的条件下，加速度与合外力成正比    【解析】【分析】【详解】（1）[1]．本实验要求钩码的质量远小于小车的质量，因此要求实验中每次所用的钩码总质量范围要小，故BC错误，A正确．（2）[2]．根据交流电的频率50Hz，则点与点时间间隔为0.02s，因每相邻两计数点间还有4个打点未标出，所以每两个计数点间的时间间隔是T=0.02×5s=0.1s；根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得：（3）[3]．分析线段OA段，可得出实验的结论是：误差允许的范围内，质量不变的条件下，加速度与合外力成正比．10．①    0.5    0.5    C    【解析】【分析】【详解】(1)[1]由图象可知，当时，。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高。所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。(2)[2]根据图象时，，根据牛顿第二定律即解得(3)[3]图线②是在轨道水平时做的实验，由图象可知：当拉力等于时，加速度恰好为零，即刚好拉动小车，此时(4)[4]随着钩码的数量增大到一定程度时图(b)的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，而我们把用钩码所受重力作为小车所受的拉力，所以消除此误差可采取的简便且有效的措施应该测量出小车所受的拉力，即在钩码与细绳之间放置一力传感器，得到力的数值，再作出小车运动的加速度和力传感器读数的关系图象，故选C。