人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系精练

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1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
(1)当质量m一定时，a与F合成________；当力F一定时，a与M成________．
(2)如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图，以下做法正确的是________．
A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B．本实验中探究的方法是控制变量法
C．实验时，先放开小车，后接通电源
D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究结果也不会产生影响
解析：(1)当质量m一定时，a与F合成正比；当力F一定时，a与M成反比．
(2)平衡摩擦力时，应使小车在不受拉力作用下拖动纸带做匀速直线运动，A错．实验中采用控制变量法，即研究加速度与合力关系时控制小车质量不变，研究加速度与小车质量关系时要控制拉力不变，B对．实验时，先接通电源打点，后放开小车拖动纸带运动，C错．为减小实验误差，实验时必须做到重物的质量远小于小车的质量，D错．
答案：(1)正比 反比 (2)B
2.
如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间，两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有( )
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2
D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
解析：本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少．当m1＝m2时，两车加砝码质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝eq \f(1,2)at2，A项对．若m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不明确，故无法判定两车的位移关系．
答案：A
3．某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．
(1)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________ m/s，小车的加速度大小为________ m/s2.(结果均保留两位有效数字)
(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图丙所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图象．
(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因．
解析：(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故
vB＝eq \f(AB＋BC,4T)＝eq \f(6.19＋6.70×10－2,4×0.02) m/s＝1.6 m/s.
由逐差法求解小车的加速度
a＝eq \f(CD＋DE－AB＋BC,42T2)＝
eq \f(7.21＋7.72－6.19－6.70×10－2,42×0.022) m/s2＝3.2 m/s2.
(2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示．
(3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
答案：(1)1.6 3.2
(2)见解析图
(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
B组 能力提升练
4．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，当滑行器通过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，滑行器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，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.
回答下列问题：
(1)实验开始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)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是( )
A．m1＝5 g B．m2＝15 g
C．m3＝40 g D．m4＝400 g
(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为________(用Δt1、Δt2、D、s表示)．
解析：(1)气垫导轨可以认为是光滑的，在判断其是否水平时可以采取的方法是接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，滑块基本保持静止说明导轨是光滑的，或接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动．
(2)在该实验中实际是mg＝(M＋m)a，要满足mg近似等于Ma，应该使砝码的总质量远小于滑块的质量．
若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，m4＝400 g不能满足，故选D项．
(3)根据挡光片通过光电门的速度可以用平均速度代替，得
通过第一个光电门的速度v1＝eq \f(D,Δt1)
通过第二个光电门的速度v2＝eq \f(D,Δt2)
根据运动学公式得加速度a＝eq \f(v\\al(2,2)－v\\al(2,1),2x)＝eq \f(D2,2x)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt22)－\f(1,Δt12)))
答案：(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，看其能否做匀速直线运动
(2)D
(3)a＝eq \f(D2,2x)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,Δt22)－\f(1,Δt12)))