高中物理沪科版 (2019)必修 第一册4.2 探究加速度与力、质量的关系课后练习题

【优编】4.2探究加速度与力、质量的关系-1练习

一．单项选择

1．用如图所示装置做“探究加速度a与力F．小车质量M的关系”实验，下列说法正确的是（   ）

A. 进行平衡摩擦力操作时，需挂上砝码盘及砝码

B. 实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源

C. 探究a与F关系时，不能改变砝码盘中砝码质量

D. 图像为过坐标原点的倾斜直线，说明a与M成反比

2．如图所示，在“探究加速度与力．质量的关系”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，车上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s1．s2，则在实验误差允许的范围内，有（　　）                                              

3．在“探究加速度与力．质量的关系”的实验步骤中，下列做法中正确的是　　

A．同时改变拉力F和小车质量m的大小

B．先保持小车质量m不变，研究加速度a与拉力F的关系，再保持F不变，研究a与m的关系，最后导出a与m及F的关系

C．只改变拉力F的大小，小车质量m的大小始终保持不变

D．只改变小车质量m的大小，拉力F的大小始终保持不变

4．物理学中用到大量的科学研究方法，在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程等分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这是物理学中常用的微元法．如图所示的四个实验中，哪一个采用了微元法（　　）

5．“探究小车加速度与质量的关系”实验装置如图所示，小车通过纸带与打点计时器相连．平衡摩擦力时

A．应将长木板的B端适当垫高

B．应将长木板的A端适当垫高

C．应使小车沿长木板做加速运动

D．应在砝码盘的牵引下使小车匀速运动

6．某同学在做“验证牛顿第二定律”的实验时，不慎将已平衡好摩擦力的长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离而没有发现，那么描绘出来的a﹣F图象应是下图中的哪一个？（　　）

A． B． C． D．

7．在“探究加速度与力．质量的关系”实验中，为直观判断加速度a和质量m之间的关系，应根据实验数据作出的图象是（　　）

A．a一m图象 B．a一m2图象 C．a一图象 D．a一图象

8．课本中实验是用以下什么步骤导出牛顿第二定律的结论的(　　)

A.同时改变拉力F和小车质量m的大小

B.只改变拉力F的大小，小车的质最m不变

C.只改变小车的质量m，拉力F的大小不变

D.先保持小车质量m不变，研究加速度a与F的关系，再保持F不变，研究a与m的关系，最后导出a与m及F的关系

9．关于物理学研究中使用的主要方法，以下说法中错误的是（ 　　）
A.用质点代替有质量的物体，应用的是模型法
B.用实验探究加速度．力和质量三者之间的关系时，应用了控制变量法
C.利用速度-时间图象推导匀变速直线运动的位移公式时，使用了微元法
D.伽利略在利用理想实验探究力和运动的关系时，使用的是实验法

10．火车在平直的轨道上启动时的加速度约0.2-0.5m/s2，几个同学在火车上，想利用火车上光滑的水平桌面作为实验台，通过实验测量火车启动时的加速度，可以提供的器材有：
A．质量m=50g的钩码
B．质量M=500g的玩具小车
C．长度约为10cm，劲度系数约为10N/m的轻弹簧（弹性限度为1.5N）
D．长为50cm的刻度尺，最小刻度为1mm
E．秒表
此外还有一些短线和挂钩等，可以用来连接和固定所选用的器材．请设计一种简单可行的实验方案，测量在平直轨道上火车启动时的加速度．设火车开始停在车站，启动后，做匀加速运动，匀加速运动持续的时间约2分钟，根据设计的实验方案，回答下列问题：
（1）实验必须选用的器材是          ．（填所用器材前的字母序号）
（2）要测量的物理量 （写出物理量及其物理意义）：

              ,                          ,                 

（3）由所测量的物理量计算加速度的公式是              

11．某同学在学习了DIS实验后，设计了一个测量物体瞬时速度的实验，其装置如图所示．

在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平．将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端．该同学将小车从该端同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据

则以下表述正确的是（      ）

A. 四次实验中第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

B. 四次实验中第二次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

C. 四次实验中第三次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

D. 四次实验中第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

12．小明用如图所示的装置探究加速度与力．质量的关系，实验中不需要的操作是（　　）

A.先接通电源，后释放小车

B.调节定滑轮的高度，使细绳与长木板平行

C.用秒表测出小车运动的时间

D.将长木板右端垫高，平衡小车和纸带受到的摩擦力

13．在“探究加速度与力．质量的关系”实验中，某同学组装了如图所示的装置，关于平衡摩擦力的操作过程，下列说法中正确的是（　　）

A．应将长木板带滑轮的一端垫高

B．应将砝码盘通过细绳与小车相连

C．应将纸带穿过打点计时器并与小车相连

D．应使小车在长木板上做匀加速直线运动

14．在验证牛顿第二定律关于作用力一定时．加速度与质量成反比的实验中，以下做法正确的是：（　　）

A．平衡摩擦力时，应将装砂的小捅用细绳通过定滑轮系在小车上

B．以小车的加速度a为纵轴，小车的质量M为横轴建立直角坐标系来处理数据

C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

D．求小车加速度时，可用天平测出装砂小桶（或砝码）质量m以及小车的质量M．直接用公式a=求出

15．在探究加速度与力．质量的关系的实验中，当研究加速度与质量关系时，由于没有考虑盘和重物的质量，如图所示，当纵坐标为a1时，关于横坐标的说法正确的是：(   )

16．在物理学理论的建立过程中，有许多伟大的科学家做出了巨大的贡献，下列说法正确的是（    ）

 A．伽利略发现了行星运动的规律

 B．牛顿通过实验测出了万有引力常量

 C．库仑用扭秤研究带电体间的相互作用，建立了库仑定律

 D．爱因斯坦的相对论，使人们认识到经典力学不适用于宏观低速运动

17．某学生在做“探究加速度与力．质量的关系”的实验时，在平衡摩擦力时把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，他所得到的a－F关系可用下图中哪一图线表示(a是小车加速度，F是细绳作用于小车的拉力) （　　）

18．“探究加速度与物体质量．物体受力的关系”的实验采用了哪种科学方法（　　）

A．理想模型法　　  B．控制变量法

C．等效法　　      D．对称法

参考答案与试题解析

1．【答案】D

【解析】A．在该实验中，我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能悬挂挂上砝码盘及砝码，故A错误．B．实验时应先接通电源然后再放开小车，故B错误．C．在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码质量，故C错误．D．要直观的反映两个量之间的关系，可以通过作图来解决．但是只有作出一条直线，才可以直观的反映两个变量之间的关系．在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出图象，图象为过坐标原点的倾斜直线，说明a与M成反比，故D正确．故选D．

【点睛】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题．

2．【答案】A

【解析】题中m1和m2是车中砝码的质量，决不能认为是小车的质量．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，两车加砝码后质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由s＝12at2，得s1＝2s2，A正确．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清楚．故无法判定两车的位移关系．

3．【答案】B

【解析】

试题分析：该实验中变量比较多，因此在进行探究时，采用“控制变量法”即先保持一个变量不变，看另外两个变量之间的关系．

在“探究加速度与力．质量”的实验操作中，采用了“控制变量法”，即先保持一个变量不变，看另外两个变量之间的关系，具体操作是：先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度．力．质量三者间的关系，故ACD错误，B正确．

故选B．

考点：探究加速度与物体质量．物体受力的关系．

点评：“控制变量法”是研究复杂问题的一种有效方法，注意在高中物理中的应用．

4．【答案】B

【解析】A．在求两个力的合力时，如果一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，这个力就是那两个力的合力，运用的是等效法，故A错误；

B．在探究弹性势能的表达式过程中，把拉伸弹簧的过程分成很多小段，在每小段内认为弹簧的弹力是恒力，然后把每小段做功的代数和相加，运用的是微元法．故B正确；

C．在探究牛顿第二定律的过程中，控制物体的质量不变，研究物体的加速度与力的关系，运用的是控制变量法，故C错误；

D．利用库仑扭秤测定静电力常数用的是放大法，不是微元法的思想，故D错误

5．【答案】A

【解析】

6．【答案】B

【解析】【考点】验证牛顿第二运动定律．

【专题】实验题；定性思想；推理法；牛顿运动定律综合专题．

【分析】在探究加速度与力．质量的关系时，应平衡摩擦力，平衡摩擦力时如果木板垫得过高，平衡摩擦力过度，小车受到的合力大于拉力，a﹣F图象在a轴上有截距；如果没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车受到的合力小于拉力，a﹣F图象在F轴上有截距．

【解答】解：长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离，导致木板倾角减小，平衡摩擦力不够，因此当存在拉力F时，物体的加速度为零，故ACD错误，B正确．

故选：B

【点评】在该实验中，要保证钩码的重力等于滑块的合力，要从两个角度考虑，1．细线的拉力等于滑块的合力，即需平衡摩擦力，2．钩码的重力等于细线的拉力，即需钩码的质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力过度和不足都不行，难度适中．

7．【答案】C

【解析】【考点】探究加速度与物体质量．物体受力的关系

【分析】“探究加速度与力．质量的关系”实验中，研究三者关系必须运用控制变量法，正确理解控制变量法的应用，通过图象得出两个物理量之间的关系，该图线需是线性图线．

【解答】解：为了探究加速度与质量的关系，应保持合外力大小F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作出a﹣图象，此图象是一条直线，若作a﹣m图线，图线是曲线，无法得出a与m的关系，故C正确，ABD错误．

故选：C

8．【答案】D

【解析】

9．【答案】D

【解析】A．质点是高中所涉及的重要的理想化模型，是抓住问题的主要因素，忽略次要因素，故A正确；
B．在用实验探究加速度．力和质量三者之间的关系时，由于涉及物理量较多，因此采用控制变量法进行实验，故B正确；
C．在利用速度-时间图象推导匀变速直线运动的位移公式时，采用极限思想，把时间轴无限分割，得出面积大小等于物体位移的结论，是微元法，故C正确；
D．理想斜面实验探究力和运动的关系时，采用的是理想斜面实验法和将试验结论外推的方法，故D错误．
本题选错误的，故选：D
物理学的发展离不开科学的思维方法，要明确各种科学方法在物理中的应用，如控制变量法．理想实验．理想化模型．极限思想等．
本题考查了常见的研究物理问题的方法的具体应用，要通过练习体会这些方法的重要性，培养学科思想．
 

10．【答案】（1）ABCD
（2）①弹簧的原长L0；
②火车静止时，竖直挂起钩码时，弹簧的长度L1；
③火车启动时，水平拉着小车时，弹簧的长度L2．
（3）

【解析】火车启动时光滑的水平桌面作为实验台，玩具小车放在水平桌面上，弹簧的一端固定，另一端连接玩具车．
玩具车受重力．支持力．弹簧的拉力．
稳定时弹簧的拉力就是玩具车的合力，根据牛顿第二定律得
a=F/M
①弹簧的原长L0；
②火车静止时，竖直挂起钩码时，弹簧的长度L1；根据胡克定律得mg=k（L1-L0）
③火车启动时，水平拉着小车时，弹簧的长度L2．此时弹簧拉力F=k（L2-L0）=

（1）实验必须选用的器材是ABCD
（2）要测量的物理量①弹簧的原长L0；
②火车静止时，竖直挂起钩码时，弹簧的长度L1；
③火车启动时，水平拉着小车时，弹簧的长度L2．
（3）由所测量的物理量计算加速度的公式是

11．【答案】D

【解析】遮光板通过光电门的时间，可见遮光板通过光电门的时间越短代表遮光板越窄．遮光板越窄，遮光板的平均速度越趋近于遮光板前端的速度即越趋近于车头的速度，故四次实验中第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度，D正确．

12．【答案】C

【解析】

考点： 探究加速度与物体质量．物体受力的关系．

专题： 实验题．

分析： 探究加速度与力的关系实验时，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车．小车的加速度应根据打出的纸带求出．

解答： 解：A．实验时应先接通电源，后释放小车．故A是需要操作；

B．若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子的拉力分力等于小车的合力，这样导致误差增大，故B是需要操作；

C．探究加速度与力和质量的关系，加速度的大小可以通过纸带求解，打点的时间间隔已知，不需要测量小车运动的时间．故C是不需要的操作；

D．实验时需平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，即平衡小车和纸带受到的摩擦力．故D是需要操作．

本题选不需要的操作，故选：C．

点评： 该题考查了实验注意事项．实验数据处理分析，知道实验原理及注意事项即可正确解题；探究加速度与力．质量的关系实验时，要平衡小车受到的摩擦力，不平衡摩擦力．或平衡摩擦力不够．或过平衡摩擦力，小车受到的合力不等于钩码的重力．

13．【答案】C

【解析】【考点】探究加速度与物体质量．物体受力的关系

【分析】平衡摩擦力时使得重力沿斜面向下的分力等于摩擦力的大小，使得小车在不挂砝码的情况下，做匀速直线运动．

【解答】解：A．应将长木板远离滑轮的一端适当垫高，故A错误；

B．平衡摩擦力时，不要挂砝码盘，故B错误；

C．应将纸带穿过打点计时器并与小车相连，如果纸带上打出的点间隔相等，则摩擦力完全被平衡了，故C正确；

D．平衡摩擦力后，轻推小车，小车在长木板上做匀速直线运动，故D错误；

故选：C

【点评】解决本题的关键掌握平衡摩擦力的方法，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，基础题．

14．【答案】C

【解析】【考点】验证牛顿第二运动定律

【分析】（1）平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．

（2）小车的加速度与小车的质量成反比，所以要以小车的加速度a为纵轴，小车的质量的倒数为横轴建立直角坐标系来处理数据；

（3）平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．

（4）小车的加速度是通过打出来的纸带求解出的加速度，不是用a=求出来的．

【解答】解：A．平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．故A错误．

B．由于小车的加速度与小车的质量成反比，所以要以小车的加速度a为纵轴，小车的质量的倒数为横轴建立直角坐标系来处理数据．故B错误；

C．平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，设木板与水平面间的夹角是θ，有：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．故C正确．

D．小车的加速度是通过打出来的纸带求解出的加速度，不是用a=求出来的．

假设小车的加速度为a，拉力为F，则：

对小车：F=Ma

对重物：F﹣mg=ma

联立解得：a=，所以加速度不能用a=求得，并且只有当M＞＞m时，忽略掉m，才有a=，在F一定的情况下a才与M成反比，故：每次改变小车质量注意满足的是m远小于M．故D错误．

故选：C

【点评】我们要从实验原理入手，去记忆实验仪器．实验步骤．实验数据处理．实验注意事项这几点．对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．比如为什么要平衡摩擦力，为什么要先接通电源后释放纸带等．

15．【答案】B　

【解析】　当研究加速度与质量关系时，此时根据纸带算出的加速度应是重物．盘．小车的共同加速度，所以质量应为三者质量之和．设盘与重物的质量为m，则当纵坐标为a1时，

故选B

16．【答案】C

【解析】

17．【答案】C

【解析】当木板垫得倾角偏大时，mgsin θ＞μmgcos θ，这样，即使不悬挂砝码和小盘，小车也会产生加速度．故选C.

18．【答案】B

【解析】