高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系达标测试

第2节　科学探究:加速度与力、质量的关系

A级 必备知识基础练

1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图甲所示的装置。

甲

(1)下列说法正确的是　　　　　。 

A.在探究加速度与质量的关系时,应改变拉力的大小

B.在探究加速度与拉力的关系时,应该改变小车的质量

C.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a-图像

D.当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码受到的总重力大小

(2)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据见下表。(小车质量保持不变)

①根据表中的数据在坐标图上作出a-F图像。

乙

②图线不过原点的原因可能是 　。 

(3)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是 。 

2.某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置如图甲所示,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。

甲

(1)若遮光条的宽度d=4.7 mm,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Δt,则小车经过光电门时的速度v=　　　　　。(用字母表示) 

(2)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,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　　　　　图像。 

A.Δt-m B.Δt2-m

C.-m D.-m

(3)有一位同学通过实验测量作出的图线如图乙所示,试分析:

乙

图线上部弯曲的原因是 　。 

B级 关键能力提升练

3.“研究小车加速度与力关系”的实验装置如图甲所示。木板置于水平桌面上,一端系有沙桶的细绳通过滑轮与拉力传感器相连,拉力传感器可显示所受的拉力大小F,改变桶中沙的质量多次实验。完成下列问题:

甲

(1)实验中需要　　　　　。 

A.测量沙和沙桶的总质量

B.保持细线与长木板平行

C.保持小车的质量不变

D.满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量

(2)实验中得到一条纸带,相邻计数点间有四个点未标出,各计数点到A点的距离如图乙所示。电源的频率为50 Hz,则打B点时小车速度大小为　　　 m/s,小车的加速度大小为　　　 m/s2。 

4.(2023安徽池州模拟改编)利用如图所示的实验装置,探究滑块质量一定时加速度与合外力之间的关系。气垫导轨放在水平桌面上,导轨上放有滑块,滑块上有遮光片。图中A、B是两个光电门,光电门与数字毫秒计相连。实验器材还有轻质细绳、质量可改变的重物等,遮光片的宽度d=4.20 mm;重力加速度的大小为g。

实验步骤如下:

(1)实验开始之前测量并记录:

①滑块与遮光片的总质量M、重物的质量m;

②光电门A、B之间的距离L。

(2)把气垫导轨调整到水平,打开气泵电源,气泵正常工作,调节气垫导轨垫脚螺丝。放上滑块,轻轻推动一下,让滑块在气垫导轨上运动起来,若遮光片经过光电门A和B的遮光时间　　　,即可判定气垫导轨已经调整到水平。 

(3)细绳跨过定滑轮一端与滑块相连,一端与重物相连,调节细绳与导轨平行。轻轻放手后,滑块在细绳拉力作用下运动起来。记录下遮光片经过A、B两个光电门的时间分别为tA和tB。经过光电门A时滑块的速度为　　　,滑块的加速度为　　　。(用题目中物理量的符号表示) 

第2节　科学探究:加速度与力、质量的关系

1.解析 (1)探究a与m关系时,保持F不变,改变m大小;探究a与F关系时,保持m不变,改变F大小,A、B错误。a-关系图像为过原点的直线,作出这个图像容易证明a与m成反比,C正确。只有小车的质量远大于托盘与砝码的总质量,托盘与砝码受到的总重力才约等于小车受到的合力,D正确。

(2)①作出的a-F图像如图所示。

②由a-F图像可知,当力F<0.1N时,小车没有动,说明此时小车所受的摩擦力没有完全平衡掉。

(3)由a-F图像可知,当力F=0.1N时,小车开始运动,说明此时小车受到的阻力为0.1N。

答案 (1)CD　(2)①图见解析图　②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够　(3)小车受到的阻力为0.1 N

2.解析 (1)小车经过光电门时的速度v=。

(2)由mg=Ma,v2=2aL,v=,可得m,故D正确。

(3)图线上部弯曲是因为随着m的增大,不能满足重物质量远小于小车的质量的关系。

答案 (1)　(2)D　(3)未满足重物质量远小于小车的质量

3.解析 (1)绳子的拉力可以通过拉力传感器测出,不需要用天平测出沙和沙桶的质量,故A错误;为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,需要调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行,故B正确;本实验采用的是控制变量法,要研究小车加速度与力的关系,必须保持小车的质量不变,故C正确;实验中拉力通过拉力传感器测出,不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量,故D错误。

(2)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上相邻计数点间的时间间隔T=5×0.02s=0.1s

B点对应的速度

vB=cm/s=0.416m/s

由图乙知s1=3.40cm,s2=(8.32-3.40)cm=4.92cm,s3=(14.73-8.32)cm=6.41cm

s4=(22.56-14.73)cm=7.83cm

所以小车加速度a==1.48m/s2。

答案 (1)BC　(2)0.416　1.48

4.解析 (2)滑块匀速运动时通过两个光电门的时间相等。

(3)滑块经过光电门A、B时的瞬时速度vA=,vB=,根据运动学公式=2aL,解得a=。

答案 (2)相等　(3)