高中物理2 实验：探究加速度与力、质量的关系测试题

这是一份高中物理2 实验：探究加速度与力、质量的关系测试题，共9页。试卷主要包含了21＋7，29＋5，80＋3等内容，欢迎下载使用。
知识点1实验原理和操作
1.[2023·甘肃省武威市高一检测]图甲为“探究小车的加速度与物体受力关系”的实验装置图，图中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过电磁打点计时器，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上．B为沙桶和沙，质量为m2.不计绳与滑轮间的摩擦，改变沙的质量，测量多组数据，并在坐标系中作出了如图丙所示的a­F图像，其中F＝m2g.
(1)下列说法正确的是________．(填写选项前的字母代号)
A．电磁打点计时器正常工作时使用220 V的交流电
B．实验时应先接通电源，后释放小车
C．平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上
D．为了减小误差，实验中一定要保证m1远小于m2
(2)图乙为某次实验得到的纸带，A、B、C、D、E为五个相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点没有画出，各点间的位置关系如图乙所示，则小车的加速度大小为________ m/s2(交流电的频率为50 Hz，结果保留两位有效数字).
(3)图丙所示的a­F图像中，图线不过坐标原点的原因是________________________________________________________________________．
知识点2实验数据处理
2.[2023·天津市武清区高一期末]在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某小组的实验装置如图所示．
(1)实验中要调节长木板的倾斜度，将长木板无滑轮的一端适当垫高，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板做__________运动．
(2)在F一定的情况下，实验小组的同学们测得了加速度a与小车和小车上砝码的总质量M的6组数据，并在a­ eq \f(1,M)坐标纸上描出了6个点，如下图所示．请你在图中画出a­ eq \f(1,M)图线．由图线可知，当F一定时，a与M成________(填“正比”或“反比”)关系．
3．[2023·山东省潍坊市高一期末]某兴趣小组用如图甲所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验．小车放在长木板上，小车左端固定一个拉力传感器，细线一端和传感器相连，另一端系一砂桶并跨过定滑轮，纸带连接车尾并穿过打点计时器，用来测定小车的加速度a，改变桶内砂子的重力从而改变小车的拉力F，在保持小车质量不变的情况下，测得小车所受拉力F和加速度a的数据如下表：
(1)实验时，下列操作或说法正确的是________．
A．需要用天平测出砂和砂桶的总质量
B．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，同时记录拉力传感器的示数
C.若要使作出的a­F图线过坐标原点，应适当垫高木板的右端
D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
(2)实验时当拉力F＝4.0 N时，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是________m/s2.(保留2位有效数字)
(3)根据测得的数据，在图丙中作出a­F图像．
促思提能训练
1．[2023·天津市东丽区高一期末]利用如图所示实验装置探究加速度a与力F、质量m的关系．小车在槽码的牵引下运动．
(1)下列说法正确的是________．
A．实验中要先放小车，然后再开打点计时器的电源
B.图中小车所受细绳的拉力F应该是小车所受的合力
C．当槽码质量远大于小车质量时，细绳的拉力与槽码重力相等
D．平衡小车运动中阻力的方法是：把木板一侧垫高让小车在槽码的牵引下能匀速滑动
(2)如图是某同学实验中得到的纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中数据可算出小车的加速度a为________m/s2.(保留2位有效数字)
2．[2023·云南省大理市高一期末]用如图甲所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验．
(1)为消除摩擦对实验的影响，可以使木板适当倾斜以平衡摩擦阻力，下列操作正确的是________．
A．小车不连接钩码和纸带，调整倾角使小车能沿木板匀速下滑
B．钩码通过细绳拉着未连接纸带的小车，调整倾角能使小车沿木板匀速下滑
C．用钩码通过细绳拉着连接好穿过打点计时器纸带的小车，调整倾角能使小车沿木板匀速下滑
D．小车不连接钩码但连接穿过打点计时器的纸带，调整倾角使小车能沿木板匀速下滑
(2)该实验中计算绳子对小车的拉力大小时，用钩码重力大小来代替绳子拉力大小会引入系统误差，下列钩码质量m和小车总质量M的取值，能使此系统误差最小的一组是________．
A．m＝50 g，M＝200 g
B．m＝20 g，M＝400 g
C．m＝50 g，M＝400 g
D．m＝20 g，M＝200 g
(3)如图乙所示为某次实验时打出的纸带的其中一段，在该纸带上选取了A～G共7个计数点，相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出，测得相邻两个计数点之间的距离在图中已标出．若打点计时器计时周期为T＝0.02 s，可得打点计时器打下F点时小车的速度大小为________ m/s，小车运动的加速度大小为________ m/s2.(计算结果均保留两位有效数字)
3．[2023·陕西省二模]某同学用如图甲、乙所示装置来验证拉力一定时，物体的加速度与质量成反比．左右等高的水平桌面上都有一端带滑轮的长木板，木板上都固定有打点计时器，质量分别为m1和m2的两个小滑块通过一条细绳绕过各自长木板上的定滑轮相连，动滑轮下吊有沙桶，调整装置使m1和m2在同一竖直平面内，并使细线与长木板平行，两个小滑块都与穿过打点计时器限位孔的纸带相连．
(1)电火花打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点的仪器．它的工作电压为________ V.
(2)关于本次实验，下列说法正确的是________．(填序号)
A．实验前平衡摩擦力需要去掉细线及动滑轮，分别垫高长木板一端
B．实验前平衡摩擦力不需要去掉细线及动滑轮，分别垫高长木板一端
C.实验中不需要满足沙和沙桶的总质量远小于滑块质量
D．实验中需要满足沙和沙桶的总质量远小于滑块质量
(3)连接细线，调整沙桶中沙子的质量，接通两个打点计时器的电源，然后从静止释放沙桶，同时得到对应的两条纸带，纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，实验时使用的交流电的频率为50 Hz，其中乙纸带如图丙所示，通过纸带计算加速度a2＝________ m/s2(保留三位有效数字).
(4)由于甲计时器中墨粉盘使用时间过长，纸带上未能打出清晰点迹，无法直接求得加速度a1.现已知两小车质量分别为m1＝200 g、m2＝300 g.若结论成立，可知a1＝________ m/s2(保留三位有效数字).
4．[2023·山西省高一期末]在用图甲所示的装置探究小车的加速度a与力F的关系时，认为小车所受合力F等于槽码的重量．
(1)下列操作正确的是________；
A．调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行
B．为使细线的拉力等于小车受到的合力，木板应保持水平
C．平衡阻力时，应在细线的下端悬挂槽码，使小车在细线的牵引下匀速运动
D．细线下端悬挂槽码的质量应远大于小车的质量
(2)实验中，当槽码的重力为0.10 N时得到的纸带如图乙所示．图中A～E为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出．已知打点计时器使用交流电的频率为50 Hz，可求得小车的加速度大小为________ m/s2(结果保留两位小数)；
(3)多次改变槽码的重力，测出对应小车的加速度并描绘在图丙中，将(2)中的数据描绘在图丙中，连同已描出的点绘出小车的a­F图像；
(4)由图丙中的图线可得到的结论是，当小车的质量保持不变时，小车的加速度a和力F________．
5．[2023·河北省石家庄市高一期末]为了探究加速度与力、质量的关系．需要对研究对象小车施加一个恒定的可测量的牵引力，实验老师受打印机提纸机的启发制作了“摩擦牵引器”，如图甲，它由电磁打点计时器底座改装而成，一个由8 V直流电动机驱动的压纸轮，压纸轮对纸带的压力可以调节，工作时压纸轮高速转动，能给所压纸带一个恒定的滑动摩擦力，实验时把牵引小车的拉线换成打点计时器用的纸带，纸带拉动小车加速运动，小车质量M，单个砝码质量为m0，实验装置示意如图乙．
(1)实验中下列操作正确的是________．
A．把小车轨道的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动
B．开动摩擦牵引器，用测力计拉住小车不动，测量摩擦牵引器对纸带的拉力
C．把摩擦牵引器和电磁打点计时器并联接在同一个低压8 V的直流电源上
D．小车装载不同个数的砝码，分别打出几条纸带，为减小误差，实验中一定要保证砝码的质量m远小于小车的质量M
E．实验中释放小车前要先接通摩擦牵引器的电源．
(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求小车的加速度为________ m/s2.(结果保留2位有效数字)
(3)如果摩擦牵引器转速不足够大，打点计时器打出的纸带点迹分布可能是________________________________．
(4)某同学想到用智能手机的加速度测量程序替代打点计时器测量小车的加速度，他把手机屏朝上用胶带捆在小车上．手机y轴和小车运动方向一致，释放小车前打开程序，之后释放小车，读取加速度的数值．本实验中，他还需要进行的操作是________________________________________________________________________．
2．实验：探究加速度与力、质量的关系
知识点分组练
1．答案：(1)B (2)4.0 (3)没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
解析：(1)电磁打点计时器正常工作时使用6V以下的交流电，A错误；实验时应先接通电源，后释放小车，B正确；平衡摩擦力时应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，C错误；为了减小误差，实验中一定要保证m2远小于m1，这样才能近似认为沙桶和沙的总重力等于细绳的拉力，D错误．
(2)相邻计数点间的时间间隔t＝0.1s，则加速度a＝eq \f(CE－AC,（2t）2)＝eq \f(（12.00－2×52.0）×10－2,4×0.12)m/s2＝4.0m/s2.
(3)图丙所示的aF图像中，当F≤0.1N时没有加速度，可知图线不过坐标原点的原因是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．
2．答案：(1)匀速直线 (2)见解析 反比
解析：(1)实验中要求细线的拉力大小等于小车所受外力的合力，则需要平衡摩擦力，即让小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动．
(2)将图中各点用一条直线连接起来，使得点迹均匀分布在直线的两侧，如图所示．
由于图像是一条过坐标原点的倾斜的直线，可知，在F一定时，加速度a与eq \f(1,M)成正比，即在F一定时，a与M成反比．
3．答案：(1)BC (2)2.4 (3)图像见解析
解析：(1)由于有力传感器测出拉力，所以不需要用天平测出砂和砂桶的总质量，也不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，A、D错误；为充分利用纸带，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，同时记录拉力传感器的示数，B正确；若要使作出的aF图线过坐标原点，应适当垫高木板的右端以平衡摩擦力，C正确．
(2)根据逐差法，小车运动的加速度大小是a＝eq \f(（xCD＋xBC）－（xAB＋xOA）,4T2)，代入数据得a≈2.4m/s2.
(3)采用描点法作图如图．
促思提能训练
1．答案：(1)B (2)0.51
解析：(1)实验中为了打点稳定以及获得更多的点，要先接通打点计时器，然后再释放小车，A错误；实验时，首先需要平衡小车受到的阻力，所以小车所受细绳的拉力F应该是小车所受的合力，B正确；分析可知只有当槽码质量远小于小车质量时，细绳的拉力与槽码重力才近似相等，C错误；平衡小车运动中阻力的方法是：把木板一侧垫高让小车在自身重力作用下能匀速滑动，D错误．
(2)根据逐差法可得小车的加速度为
a＝eq \f(7.21＋7.72－（6.19＋6.70）,（2×0.1）2)×10－2m/s2＝0.51m/s2.
2．答案：(1)D (2)B (3)0.61 0.43
解析：(1)平衡摩擦力时，因为是用小车重力的下滑分力平衡小车和纸带受到的总阻力，因此不应该用钩码通过绳子拉着小车，但应拖着穿过打点计时器的纸带，D正确．
(2)钩码质量m和小车总质量M相差越大，误差越小，即要求m≪M，B正确．
(3)打下F点时的速度可表示为vF＝eq \f(xEF＋xFG,2T′)，T′＝5T＝0.1s，代入数据可得vF＝0.61m/s，
据逐差法可得(xDE＋xEF＋xFG)－(xAB＋xBC＋xCD)＝a(3T′)2，代入相关数据解得a＝0.43m/s2.
3．答案：(1)220 (2)AC (3)1.22 (4)1.83
解析：(1)电火花打点计时器使用的是电压为220V的交流电．
(2)实验前平衡摩擦力需要去掉细线及动滑轮，分别垫高长木板装有打点计时器的一端，使物块下滑过程中打点计时器能够打出均匀的点迹，A正确，B错误；沙和沙桶的总重力提供左右两边相等的拉力，这个拉力不需要知道具体的数值，本实验的原理是在拉力大小相等的情况下，质量不同的两物块，通过纸带分别计算其加速度，得到的两组数据都满足F＝ma，所以不需要沙和沙桶的总质量远小于物块的质量，C正确，D错误．
(3)通过分析纸带，由逐差法可得加速度大小为a2＝eq \f(xCE－xAC,4T2)＝eq \f(6.29＋5.06－3.84－2.62,4×0.12)×0.01m/s2≈1.22m/s2．
(4)同一根绳子上拉力大小相等，若结论成立则会有m1a1＝m2a2，解得a1＝eq \f(m2a2,m1)＝eq \f(0.3×1.22,0.2)m/s2＝1.83m/s2.
4．答案：(1)A (2)0.47 (3)见解析 (4)成正比
解析：(1)调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行有利于减小误差，A正确；为使细线的拉力等于小车受到的合力，应该平衡摩擦力，木板适当倾斜，B错误；平衡阻力时，细线下不应挂槽码，使小车做匀速运动，C错误；细线下端悬挂槽码的质量应远小于小车的质量，D错误．
(2)由题知，计数点之间的时间间隔为T＝0.1s，由xCE－xAC＝a(2T)2，得小车运动的加速度为a＝0.47m/s2.
(3)将F＝0.1N，a＝0.47m/s2描绘在图丙中，连接后延长至坐标轴得
(4)由图丙中的图线可得到的结论是，当小车的质量保持不变时，小车的加速度a和力F成正比．
5．答案：(1)ABE (2)1.3 (3)刚开始相邻点间距逐渐增大，后来间距稳定 (4)测量手机的质量
解析：(1)把小车轨道的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动，以平衡摩擦力，A正确；开动摩擦牵引器，用测力计拉住小车不动，测量摩擦牵引器对纸带的拉力，B正确；电磁打点计时器要接在低压交流电源上，C错误；实验中摩擦牵引器能给小车恒定不变的拉力，则不需要保证砝码的质量m远小于小车的质量M，D错误；实验中释放小车前要先接通摩擦牵引器的电源，E正确．
(2)相邻两计数点间还有两个点没有画出，可知T＝0.06s，小车的加速度为
a＝eq \f(x36－x03,9T2)＝eq \f(（3.80＋3.30＋2.80－2.30－1.90－1.40）×10－2,9×0.062)m/s2＝1.3m/s2．
(3)如果摩擦牵引器转速不足够大，可能刚开始使小车逐渐加速，最终匀速运动，即打点计时器打出的纸带点迹分布可能是刚开始相邻点间距逐渐增大，后来间距稳定．
(4)因为把手机屏朝上用胶带捆在小车上，则实验处理数据时要考虑手机的质量，即他还需要进行的操作是测量手机的质量．
F/N
1.9
3.0
4.0
5.5
7.0
a/(m·s－2)
1.0
1.75
3.5
4.5