2019-2020年高中物理第四章2实验：探究加速度与力质量的关系练习含解析新人教版必修.doc

实验：探究加速度与力、质量的关系
1．如图所示为某同学所安装的“探究加速度与力的关系”的实验装置，在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是(至少写出三个错误)：
(1)________________________________________________；
(2)________________________________________________；
(3)________________________________________________．

解析：由题图可知，本实验存在以下错误：
长木板右端未垫高以平衡摩擦力(或没有平衡摩擦力)；
错用了直流电源(或应该用交流电)；
牵引小车的细线与板不平行；
开始实验时，小车离滑轮太近(或小车离打点计时器太远、牵引小车的细线太短)；
钩码不能满足远小于小车质量的条件，应换用沙桶．(只说换用桶不给分，必须说明原因才行)
答案：(1)长木板右端未垫高以平衡摩擦力
(2)错用了直流电源
(3)牵引小车的细线与板不平行
2．某同学利用如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度和它所受拉力F的关系．

(1)除备有4个50 g钩码外，另有下列实验器材备选：
A．质量为300 g的小车
B．质量为2 kg的小车
C．输出电压为4～6 V的直流电源
D．输出电压为4～6 V的交流电源
为保证实验成功，选用的实验小车应为________，电源应为________(填字母代号)．
(2)某同学正确选择实验器材后，通过实验得到如图乙所示的a-F图象，造成图线未过坐标原点的原因是_________________________
____________________________________________________.
解析：(1)当m≪M时，即钩码的总质量m远远小于小车和砝码的总质量M时，绳子的拉力近似等于钩码的总重力，由题意可知，选用的实验小车应为质量为2 kg的小车，即选B；电源应为输出电压4～6 V的交流电源，即选D.(2)由题图乙可知，a-F图象不过原点，在a轴上有截距，即F＝0时有加速度，这是由于在平衡摩擦力时，木板被垫得太高，木板倾角过大，平衡摩擦力太过造成的．
答案：(1)B　D　(2)平衡摩擦力时，木板倾角过大
3．探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连．

(1)该同学在实验中打出了一条纸带，纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出．根据测量结果计算：
①打C点时纸带的速度大小为________m/s；
②纸带运动的加速度大小为_____m/s2(结果保留三位有效数字)．
(2)若该同学平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度，根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a-F图线来探究加速度与合外力的关系，此实验操作________(填“能”或“不能”)探究加速度与质量的关系．
解析：(1)每相邻两点间还有4个点(图中未画)，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得：vC＝＝ m/s＝0.479 m/s根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，为了更加准确地求解加速度，a＝＝ m/s2＝0．810 m/s2.
(2)要探究加速度与质量的关系，必须保证合外力一定，即盘中砝码的重力不变，所以此操作不能探究加速度与质量的关系．
答案：(1)①0.479　②0.810　(2)不能
4．在“探究加速度和力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：

(1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的_______；
(2)在实验操作中，下列说法正确的是____________(填序号)．
A．实验中，若要将砝码(包括砝码盘)的重力大小作为小车所受拉力F的大小应让小车质量远大于砝码(包括砝码盘)的重力
B．实验时，应先放开小车，再接通打点计时器的电源
C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度
D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
(3)如图为研究“在外力一定的条件下，小车的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车的质量为______．

解析：(1)实验时，我们认为绳子的拉力是小车受到的合外力，为达到这个目的，我们先要将带有滑轮的木板另一端垫起，目的是平衡摩擦力．
(2)把M、m看成一个整体，根据牛顿第二定律，得mg＝(M＋m)a，对M分析可得绳子的拉力为：F＝Ma，联立解得F＝Ma＝＝，知当砝码总质量远小于滑块质量时，滑块所受的拉力等于砝码的总重力，所以应满足的条件是砝码的总质量远小于滑块的质量，故A正确．使用打点计时器时，都应该先打开电源，后释放纸带，故B错误．由于平衡摩擦力之后有Mgsin θ＝μMgcos θ，故μ＝tan θ，与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误．本实验采用控制变量法，先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，故D正确．
(3)对小车，根据牛顿第二定律，得F＝(m＋M)a，变形得＝m＋，在m图象中，图线的斜率表示，则k＝，在m图象中图象的截距为：＝b，可得M＝Fb＝.
答案：(1)平衡摩擦力　(2)AD　(3)
5．为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量(滑轮质量不计)，m为沙和沙桶的质量．

(1)实验时，一定要进行的操作是________(填字母代号)．
A．用天平测出沙和沙桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．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，同时记录弹簧测力计的示数
D．改变沙和沙桶的质量，打出几条纸带
E．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M
(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两相邻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，根据纸带可求出小车的加速度为__________ m/s2(结果保留两位有效数字)．

(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为______．
A．2tan θ　　　　B.　　　　C．k　　　　D.
解析：(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使小桶(包括沙)的质量远小于车的总质量，故A、E错误；该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，同时保持弹簧测力计及其连接线与长木板平行，故B正确；运用打点计时器时，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C正确；改变沙和沙桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确．
(2)由于两计数点间还有两个点没有画出，故两计数点间的时间间隔为0.06 s，由Δx＝aT2，可得a＝
m/s2＝1.3 m/s2；
(3)根据牛顿第二定律，得2F＝ma，即a＝F，对a-F图来说，图象的斜率k＝，故小车质量为m＝，故A、B、C错误，D正确．
答案：(1)BCD　(2)1.3　(3)D