物理必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系测试题

2021-2022学年度高一物理第四章运动和力的关系第二节实验：探究力与速度、质量的关系（暑期衔接练习三）（人教版2019）

未命名

一、单选题

1．下列关于各物理量的单位，说法正确的是（　　）

A．动摩擦因数μ的单位是N

B．劲度系数k的单位是N·m

C．相对介电常数的单位是Ω-1

D．自感系数L的单位是

2．某质点做直线运动的位置坐标与运动时刻的对应关系如下表所示，根据表中数据，判断下列说法正确的是（　　）

A．质点3.5s时刻的瞬时速度大于1.5s时刻的瞬时速度

B．质点的瞬时速度不变

C．质点第3s内的平均速度小于第4s内的平均速度

D．质点前5s内的平均速度是1m/s

3．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置．下列说法中正确的是(      )

A．垫高长木板一端，调节倾角，直到小车在托盘和砝码的拉动下做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力

B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量

C．当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，可以近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小

D．在探究加速度a与拉力F的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－1/F图象

4．在“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．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源

D．求小车运动的加速度时，可用天平测出重物和砝码的质量（M′和 m′）以及小 车质量 M，直接用公式 求出

5．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，下列说法正确的是（ ）

A．打点计时器应使用低压直流电源

B．先接通电源，再释放小车

C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处

D．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

6．实验经常需要测量，以下用于测量质量的仪器是（  ）

A． B．

C． D．

7．图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，放在比较光滑的水平板上（摩擦力很小，可以略去），前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止。用刻度尺测出两小车通过的位移，则位移之比就等于它们的加速度之比。为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法中正确的是（ ）

A．使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量

B．若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响

C．位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比

D．可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验

8．实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成右图所示实验装置可以完成多个力学实验，利用该装置进行如下实验时，以下说法正确的是（ 　）

A．在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响

B．在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量

C．在“探究加速度a与小车质量M关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力

D．在“探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线水平

9．在“探究加速度与力、质量的关系”实验的准备阶段，在小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度. 这样做的目的是

A．测量小车运动的加速度 B．平衡摩擦力

C．测量小车运动的速度 D．测量木板倾斜的角度

二、多选题

10．在“探究加速度与力和质量的关系”的实验中，装置如图所示，除了图中已给出的实验器材外，还需要的两种测量工具是______

A．秒表

B．天平

C．刻度尺

D．弹簧测力计

11．甲、乙、丙、丁四位同学在做探究加速度与物体质量的关系和加速度与合力的关系的实验时，使用图所示的装置，设小车和车上砝码（图中未画出）的总质量为，小盘及盘中砝码的总质量为，分别得出如图（a）、（b）、（c）、（d）四个图像，其中图（a）、（b）、（c）是图像，图（d）是图像，则下列说法正确的是（   ）

（a）（b）

（c）（d）

A．甲和乙较好地把握了实验条件：远大于

B．丙和丁没有把握好实验条件：远大于

C．长木板的倾角太小时，得到（a）图，长木板的倾角太大时，得到（b）图

D．甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作

12．许多科学家为物理学的发展做出了巨大贡献，也创造出了许多物理学方法，如理想实验法、等效替代法、控制变量法、微元法、建立物理模型法、放大法等等，以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述正确的是（　　）

A．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法

B．在物理学史上，最早正确指出“力与运动”关系的物理学家是牛顿

C．在探究加速度与力和质量关系的实验中采用了控制变量法

D．在推导匀变速直线运动位移公式时把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，其和代表物体的位移，这里采用了微元法

13．在练习使用打点计时器的实验中，下列操作正确的是         

A．打点前，小车应靠近打点计时器，要先接通电源，待计时器打点稳定后再释放小车。

B．要舍去纸带上的密集点，然后选取计数点。

C．打点频率为50 Hz，每隔4个点取一个计数点，则相邻两个计数点间的时间间隔为0.08 s。

D．实验中应使小车速度尽量小些。

14．下列有关物理思想方法说法正确的是

A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫假设法

B．重心概念的建立体现了理想化模型的思想

C．根据速度定义式，当Δt足够小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，应用了极限思想方法

D．在探究“力、质量、加速度之间的关系”时，采用了控制变量法

三、实验题

15．如图甲所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。

（1）下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器，纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺。除以上器材外，还需要的实验器材有：__。

A．秒表   B．天平（附砝码）  C．低压交流电源     D．低直流电源

（2）实验中，需要具体操作为：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__运动。

（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀速运动的拉力，砂和砂桶的总质量与小车和车上砝码的总质量之间应满足的条件是__，这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变。

（4）如图乙所示，、、为三个相邻的计数点（两计数点间还有4个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，、间的距离为、、间的距离为，则小车的加速度__。

16．实验小组做探究在质量不变的情况下物体的加速度与所受合外力关系的实验，如图1所示为实验装置示意图。

（1）关于该实验以下说法正确的是_______。

A．安装实验器材时，要调节滑轮的高度，使细线与长木板平行

B．平衡摩擦力时要让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂桶，轻推小车，再接通打点计时器的电源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

C．实验过程中，向砂桶内加砂时，必须保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M

D．准确地平衡摩擦力后，实验过程中读出拉力传感器的示数为小车受到的合外力

（2）如图2是实验中选择的一条合适的纸带（纸带上相邻的两个计数点之间还有4个计时点没有画出），相关的测量数据已标在纸带上，已知打点计时器的打点频率为，则小车的加速度_______。

（3）保持小车的质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组传感器的读数F和对应纸带的加速度a的数值，并根据这些数据，绘制出如图3所示的图像，分析此图像不过原点原因可能是___________，实验小组仔细分析图像，得出了实验用小车的质量为_________。

17．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示，已知打点计时器所用电源频率为50 Hz，试回答下列问题。

(1)实验中在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E、F、G这些点的间距如图中标示，其中相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算：小车运动的加速度大小为___________m/s2（结果保留三位有效数字）

(2)平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，挂上砝码盘，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a­F图线如图丙所示，此图线不通过原点的主要原因___________

(3)在某次利用上述已调整好的装置进行实验时，保持砝码盘中砝码个数不变，小车自身的质量保持不变（已知小车的质量远大于砝码盘和盘中砝码的质量），在小车上加一个砝码，并测出此时小车的加速度a，调整小车上的砝码，进行多次实验，得到多组数据，以小车上砝码的质量m为横坐标，相应加速度的倒数为纵坐标，在坐标纸上作出如图丁所示的­m关系图线，实验结果验证了牛顿第二定律。如果图中纵轴上的截距为b，图线的斜率为k，则小车受到的拉力大小为___________，小车的质量为___________。

18．用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验时保持小车（含车中重物）的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a。

(1)关于实验操作，下列说法正确的是________。

A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑

C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力

D．实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车

(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度vB＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2

19．1、如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T为打点周期)（_______________）

A．vN＝        B．vN＝

C．vN2略小于2gdn D．vN2略大于2gdn

2、现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律．给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如下图）、小车、计时器一个、米尺．填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：

①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t．

②用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度a＝____________．

③用米尺测量A1相对于A2的高度h．设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F＝_______________．

④改变_____________，重复上述测量．

⑤以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图．如能得到一条过原点的直线，则可验证“当质量一

定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律．

参考答案

1．D

【详解】

A．动摩擦因数μ没有单位，A错误；

B．根据

劲度系数k的单位是N/m，B错误；

C．相对介电常数，没有单位，C错误；

D．根据

可推导出L的单位还可以写作

D正确。

故选D。

2．D

【详解】

AB．由于只知道质点每1s内的位移，不知道质点的具体运动情况，所以无法确定其瞬时速度，故AB错误；

C．质点在第3s内的位移等于第4s内的位移，故平均速度相等，故C错误；

D．质点前5s内的平均速度为

故D正确。

故选D。

3．C

【解析】做该实验需要平衡摩擦力，所以在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，让小车做匀速直线运动，托盘和砝码不能挂在小车上，A错误；在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，B错误；当托盘和砝码的总质量远小于小车的质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小，C正确；根据可知在探究加速度a与拉力F的关系时，为了直观地判断两者间的关系，应作出a-F图象，D错误．

4．B

【详解】

平衡摩擦力时，不能将装砝码的托盘用细线通过定滑轮系在小车上．故A错误．每次改变小车的质量，不需要重新平衡摩擦力．故B正确．实验时先接通电源，再放开小车．故C错误．小车运动的加速度由纸带上的数据，使用逐差法求出，不能使用牛顿第二定律求解．故D错误．故选B．

【点睛】

解决本题的关键知道实验的原理以及实验需注意的事项，掌握平衡摩擦力的方法，注意不能将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上．

5．B

【详解】

A．打点计时器应使用交流电源，故A错误；

B．实验中要先接通电源，然后释放小车，故B正确；

C．接好纸带的小车应停在靠近打点计时器处，纸带上可以得到较多的点，故C错误；

D．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故D错误。

故选B。

6．A

【详解】

A．天平是测量质量的仪器，故A正确；

BC．电磁打点计时器和电火花计时器是测量时间的仪器，故B、C错误；

D．刻度尺是测量长度的仪器，故D错误。

故选A。

7．C

【详解】

A．盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量，绳对小车拉力大小才等于盘和盘中砝码的重力，故A错误；
B．粗糙水平板有摩擦力，小车受到的合力不等于绳子的拉力，故B错误；
C．根据初速度为零的匀变速直线运动公式，用刻度尺测量两小车通过的位移，两车的位移之比就是加速度之比，所以通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系，故C正确；
D．实验通过在两小盘内放置不同质量的砝码改变合力，故D错误。
故选C。

8．C

【详解】

A．在“研究匀变速直线运动”时，只要保证小车做匀变速直线运动即可，所以不需要消除摩擦阻力的影响。A错误；

B．在“研究匀变速直线运动”时，不需要测量小车受到的拉力，所以不必满足砂和砂桶总质量远小于小车的质量。B错误；

C．在“探究加速度a与小车质量M关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力，因为利用的是小车自身的重力分力平衡摩擦力，质量变化，二力仍然平衡。C正确；

D．在“探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线与长木板平行。因为长木板一端被垫高，所以长木板不是水平的。D错误。

故选C。

9．B

【详解】

将木板垫高，是为了平衡摩擦力，保证小车受到的合力等于绳的拉力，故B正确；

故选B。

10．BC

【详解】

A.实验中不需要秒表计时，时间通过打点计时器计算，故A不符合题意

BCD.处理纸带时需要刻度尺测量计数点之间的距离大小；根据牛顿第二定律 可知需要天平测量小车质量，该实验不需要弹簧测力计，故BC符合题意D不符合题意．

11．ABCD

【详解】

AB．图像（a）和（b）都是直线，说明满足小车和车上砝码的总质量远大于小盘及盘中砝码的总质量，而丙和丁没有把握好此条件，故图线出现弯曲，AB正确；

C．图像（a）中图线在横轴上有截距，即为某一值时小车才开始有加速度，说明长木板倾角太小，没有很好地平衡摩擦力，而图像（b）中图线在纵轴上有截距，说明长木板倾角太大，平衡摩擦力过度，C正确；

D．图像（a）、（b）、（c）中只有（c）图线过原点，说明只有丙较好地完成了平衡摩擦力的操作，D正确。

故选ABCD。

12．ACD

【详解】

A．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法，A正确；

B．最早正确指出“力与运动”关系的物理学家是伽利略，并不是牛顿，B错误；

C．在探究加速度与力和质量关系的实验中采用了控制变量法，C正确；

D．在推导匀变速直线运动位移公式时把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，其和代表物体的位移，这里采用了微元法，D正确。

故选ACD。

13．AB

【详解】

A．实验过程中，释放小车前，小车要靠近打点计时器，要先接通电源，待计时器打点稳定后再释放小车，故A正确；

B．选取纸带时，为测量的方便和减少误差，要舍去纸带上的密集点，然后选取计数点，故B正确；

C．打点计时器的频率是50hz，所以打点的周期为0.02s，每隔4个点取一个计数点，则相邻两个计数点间时间间隔为0.1s，故C错误；

D．实验中小车的加速度应适当大一些，在纸带上计数点间的距离大，测量的相对误差较小，而对小车速度没有要求，故D错误。

14．CD

【详解】

A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫理想模型的方法，故A错误；

B．重心概念的建立体现了等效替代的思想，故B错误；

C．根据速度定义式，当△t非常非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法，故C正确；

D．在探究“力、质量、加速度之间的关系”时，采用了控制变量法，故D正确。

故选CD。

15．BC    匀速直线    M＞＞m       

【详解】

(1)[1]用天平测量小车的质量，用交流电源供打点计时器使用，故AD错误，BC正确；

(2)[2] 本实验中要求用沙和沙桶的拉力等效代替绳子的拉力，故应保证小车受到的摩擦力为零，所以需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动即可；

(3)[3] 假设小车的加速度为a，拉力为F，对砂和砂桶：

mg-F=ma

对小车：

F=Ma

联立得：

故只有在M＞＞m的情况下近似认为拉力等于mg。

(4)[4] 由△x=aT2得：

16．A    0.75    没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时木板倾角太小    1.0   

【详解】

（1）[1] A．安装实验器材时，要调节滑轮的高度，使细线与长木板平行，这样才能保证拉力方向与运动方向一致，故A正确；

B．平衡摩擦力时要撤去砂桶，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，轻推小车，再接通打点计时器的电源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，本过程先推小车后接电源对平衡摩擦力没有影响，故B正确；

C．由于有拉力传感器，所以不用保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M，故C错误；

D．实验中有两根绳子，所以小车受到的合外力为拉力传感器的示数的2倍，故D错误。

故选AB。

（2）[2] 根据逐差法可得，小车的加速度为

（3）[3] 分析可知，当所挂重物达到一定重量时，才有加速度，说明没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时木板倾角太小；

[4] 根据牛顿第二定律有

整理得

可得

由图像计算可得

解得

17．1.50    未计入砝码盘的重力           

【详解】

(1)[1]相邻两点间还有4个计时点未画出，则T=0.1s，则

(2)[2]根据图象乙可知，平衡摩擦力后，当F=0时，a≠0，这是由于F只是砝码盘中砝码总重力，砝码盘的重力未计入其中。

(3) [3][4]图丙中图线的函数关系式满足

根据牛顿第二定律得

F=(m+M）a

即

解得小车受到的拉力大小为

小车的质量为

18．AD    0.316    0.93   

【详解】

(1)[1]调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；

在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；

由于平衡摩擦力之后有

Mgsinθ＝μMgcosθ

故

tanθ＝μ

所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；

打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小车，实验结束时应先控制小车停下再停止打点计时器，故D正确；

故选AD。

(2)[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为

T＝5×0.02s＝0.1s

B点对应的速度

vB＝＝m/s＝0.316m/s

[3]根据Δx＝aT2可得

xCE－xAC＝a（2T）2

小车运动的加速度为

a＝＝m/s2＝0.93m/s2

19．AC        mg    斜面倾角（或填h的数值）   

【分析】

1.由中间时刻的瞬时速度等于平均速度，在物体下落过程中由于有其他阻力作用，加速度小于重力加速度值，由mgh=mvN2可知，vN2略小于2gdn；

2.由运动学可得加速度，由受力分析可知F，改变斜面倾角（或填h的数值），重复上述测量．

【详解】

1.由中间时刻的瞬时速度等于平均速度，可得打N点时纸带下落速度vN=，或者vN=，故A正确，B错误；在物体下落过程中由于有其他阻力作用，加速度小于重力加速度值，由mgh=mvN2可知，vN2略小于2gdn，故C正确，D错误．

故选AC

2.由s=at2可求得加速度a=，由受力分析可知合力为重力沿斜面向下的分力，即F=mg，改变斜面倾角（或填h的数值），重复上述测量；以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图，如能得到一条过原点的直线，则可验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律．

故答案为1.AC；2.；mg；斜面倾角（或填h的数值）