2019_2020学年新教材高中物理课时跟踪训练二十一科学探究：加速度与力质量的关系含解析鲁科版必修第一册.doc

课时跟踪训练(二十一) 科学探究：加速度与力、质量的关系
A级—学考达标
1．[多选]利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中，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．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，打点计时器处于工作状态
D．若纸带上的点分布均匀，说明已平衡了摩擦力
解析：选BCD　因为小车在运动时要受到阻力，纸带与打点计时器间也有阻力，将长木板一端垫高一些，利用小车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力，此时不能将重物用细绳通过定滑轮系在小车上，B、C、D正确，A错误。
2．[多选]在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述正确的是(　　)
A．小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力
B．小车所受的合力的大小等于小盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力
C．只有平衡摩擦力之后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D．只有平衡摩擦力之后，且当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，小车所受合力的大小才可认为等于小盘和砝码的重力大小
解析：选CD　小盘与砝码的重力不可说成是小车所受的合力，A错误；由于小车下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力之后(实际上是Mgsin θ＝Ff)，小车所受合力才等于细绳的拉力，B错误，C正确；只有当小车质量M远大于小盘与砝码质量m(即M≫m)时，细绳中的拉力大小才近似等于小盘和砝码的重力大小，也只有平衡了摩擦力之后，小车所受合力大小才近似等于小盘和砝码的重力大小，D正确。
3．如图所示是某次利用气垫导轨“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为沙桶和沙子，B为定滑轮，C为小车及里面添加的砝码，D为纸带，E为电火花打点计时器，F为蓄电池(电压为6 V)，G为开关，请指出图中的三处错误：

(1)_______________________________________________________________________；
(2)_______________________________________________________________________；
(3)_______________________________________________________________________。
解析：(1)定滑轮接小车的细线应水平(或与导轨平行)。
(2)小车离打点计时器太远。
(3)电火花打点计时器用的是220 V的交流电源，不能接蓄电池。
答案：见解析
4．用图甲所示的装置探究“加速度与力、质量之间的关系”，图乙是其俯视图。两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放砝码，两个小车右端通过细绳用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止。实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量。

(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，在小盘中所放砝码的总质量应________(选填“相同”或“不相同”)。
(2)实验中，两小车的加速度之比_______(选填“大于”“等于”或“小于”)小车通过的位移之比。
解析：(1)本实验是控制变量法的实验，探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码。
(2)小车做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的位移公式x＝at2，可知a＝，两小车的运动时间t相等，则两车的位移之比等于加速度之比。
答案：(1)相同　(2)等于
5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图甲所示的装置，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。

(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图乙所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为______ m/s，小车的加速度为______ m/s2。
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持____________不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持________________不变。
(3)该同学通过数据的处理作出了a­F图像，如图丙所示，则图中直线不过原点的原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析：(1)D、F两点间的平均速度即为E点的瞬时速度，vE ＝＝ m/s＝0.85 m/s
根据Δx＝aT2得：a＝＝ m/s2＝5.0 m/s2。
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变即沙桶(含沙)的质量不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车的质量M不变。
(3)题图丙中当F＝0时，a≠0。说明当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，也就是说小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板右端垫得过高，平衡摩擦力过度。
答案：(1)0.85　5.0　(2)拉力F(沙和沙桶的总质量)　小车质量M　(3)平衡摩擦力过度
B级—选考提能
6．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小。

(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________。
A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码
B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量。
(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图像如图乙所示，图线不过原点的原因是________。
A．钩码质量没有远小于小车质量
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
解析：(1)平衡摩擦时，小车不受拉力作用下做匀速直线运动，所以不能在动滑轮上挂上钩码，故A错误；平衡摩擦时有：mgsin α＝μmgcos α，即有gsin α＝μgcos α，所以与质量无关，故B错误，C正确。
(2)由于本实验中的力传感器可以读取绳的拉力，所以不需要满足所挂钩码质量远小于小车质量。
(3)由题图乙可知，当没有挂钩码时小车具有加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大，故选B。
答案：(1)C　(2)不需要　(3)B
7.某组同学设计了“探究加速度与力、质量的关系”实验，如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花打点计时器，C为装有细沙的小桶，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的拉力F等于细沙和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。
(1)某次实验时，测得小车和小车上的砝码总质量为800 g，则细沙和小桶的总质量较为合理的是________。
A．50 g　　　　　　　　 B．500 g
C．5 kg D.50 kg
(2)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，根据纸带可求得电火花打点计时器打B点时的速度为________ m/s，小车的加速度大小为________ m/s2。(结果均保留两位小数)

(3)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，但尚未完成图像(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图像。

(4)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，图线不通过坐标原点的原因是_______________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)为了使细绳对小车的拉力F等于细沙和小桶的总重力，则需要满足小车和小车上的砝码总质量远大于细沙和小桶的总质量，若小车和小车上的砝码总质量为800 g，则细沙和小桶的总质量较为合理的是50 g，选项A正确，B、C、D错误。
(2)AC段位移的平均速度等于AC段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，
故vB＝＝1.63 m/s。
由Δx＝aT2可得，小车的加速度，
a＝＝1.72 m/s2。
(3)由坐标系中标注点可看到这些点大致在一条直线上，过这些点作一条直线，即为a与的关系图像，如图所示。

(4)F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。
答案：(1)A　(2)1.63　1.72　(3)见解析图　(4)未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够

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