2020-2021学年第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

1.某实验小组利用如图所示的实验装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系,将一端带滑轮的长木板固定在水平桌面上,木块置于长木板上,并用细绳跨过定滑轮与砂桶相连,木块左端连一条纸带,通过打点计时器记录其运动情况。

(1)下列做法正确的是　　　　。 

A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B.在探究加速度与力的关系时,作a-F图像应该用折线将所描的点依次连接

C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源

D.通过增减木块上的砝码改变木块质量时,不需要重新调节木板倾斜度

(2)如图是实验时平衡摩擦力的情形,其中正确的是　　　　(选填字母)。 

(3)某学生在平衡摩擦力时,把长木板的一端垫得过高,使得倾角偏大。他所得到的a-F关系可用图中　　　　表示(图中a是木块的加速度,F是细绳作用于木块的拉力)。 

(4)如图是打出纸带的一段,相邻计数点间还有四个点未画出,已知打点计时器使用的交流电源频率为50 Hz。由图可知,打纸带上B点时木块的瞬时速度vB=　　　m/s,木块的加速度a=　　　　m/s2。(结果保留三位有效数字) 

答案　(1)AD　(2)B　(3)C　(4)0.644　0.508

解析　(1)为了减小误差,调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行;连线时不能折线相连,要用平滑的曲线连接才符合实际情况;实验时,应先接通打点计时器的电源再放开木块;平衡摩擦力后,不需要重新调节木板倾斜度,即只需平衡一次摩擦力。

(2)平衡摩擦力时,不能提供拉力,摩擦力包含打点计时器的摩擦力,故B正确,A、C错误。

(3)平衡摩擦力时木板垫的过高,当砂桶和砂子重力为0时,木块的加速度并不为0,故C正确。

(4)由运动学公式求速度和加速度分别为:

vB=vAC= m/s=0.644 m/s

a== m/s2≈0.508 m/s2。

2.(2021陕西延安宝塔第四中学高一月考)某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。

(1)实验时,必须先平衡摩擦力,该同学是这样操作的:如图乙,将小车静止放在水平长木板上,并连着已穿过打点计时器的纸带,调整木板右端的高度,接通电源,用手轻拨小车,让打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点,说明小车在做　　　　运动。 

(2)如果该同学先如(1)中的操作,平衡了摩擦力,砂和砂桶的重力为F,在小车质量M保持不变的情况下,不断往桶里加砂,砂和砂桶的质量最终达到M,测小车加速度a,作a-F的图像,如图丙的图线正确的是　　　　。 

(3)实验中打点计时器的频率为50 Hz,打出的其中一条纸带如图丁所示,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　　。 

丁

答案　(1)匀速直线　

(2)C

(3)0.88 m/s2

解析　(1)平衡摩擦力过程中,需要小车在斜面上做匀速直线运动,即打出的纸带点迹是均匀的,说明小车做匀速直线运动;

(2)如果这位同学先如(1)中的操作,已经平衡摩擦力,则刚开始的a-F图像是一条过原点的直线,不断往桶里加砂,砂和砂桶的质量最终达到M,不能满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量,此时图像发生弯曲,故C正确;

(3)根据纸带可知,相邻计数点的时间间隔为T=0.1 s,根据Δs=aT2得a= m/s2=0.88 m/s2。

3.某实验小组探究加速度与力、质量的关系,部分实验装置如图甲。

甲

(1)除图甲装置中的器材外,还需要下列实验器材中的　　　　(填写相应的器材的编号)。 

(2)已知打点计时器的打点周期为0.02 s,在一条记录小车运动的纸带上,每5个点取一个计数点,分别标为1、2、3、4、5,如图乙所示。经测量得各相邻计数点间的距离分别为2.98 cm、3.85 cm、4.70 cm、5.55 cm,则打点“4”时,该小车的速度v=　　　　 m/s;加速度大小a=　　　　(结果均保留两位有效数字)。 

乙

(3)利用如图甲所示装置,可以完成实验一“探究加速度与力、质量的关系”,实验二“探究小车速度随时间变化的规律”,这两个实验中　　　　。 

A.都必须平衡摩擦

B.都需要调节滑轮高度,使细线与长木板平行

C.都需要用天平来称小车质量

D.都需要满足所挂物体质量远小于小车质量

(4)甲、乙两同学用相同装置做该实验,在同一坐标系上画出了各自得到的a-F图线,如图丙所示,两位同学做实验时的哪一个物理量取值不同?　　　　。 

丙

答案　(1)ABD　

(2)0.51　0.86 m/s2

(3)B　

(4)小车的质量

解析　(1)除题图甲装置中的器材外,还需要天平、钩码和刻度尺,不需要低压电源;故选A、B、D;

(2) 则打点“4”时,该小车的速度

v== m/s≈0.51 m/s

根据Δs=aT2可得加速度大小

a=

= m/s2

≈0.86 m/s2;

(3)实验二中不需要平衡摩擦力,A错误;都需要调节滑轮高度,使细线与长木板平行,B正确;实验二中不需要用天平来称小车质量,C错误;实验二中不需要满足所挂物体质量远小于小车质量,选项D错误;

(4)根据a=,a-F图像的斜率的倒数等于小车的质量,则甲、乙两图线的斜率不同,即小车的质量不同。

4.如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置,他在气垫导轨上B点安装了一个光电门。滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放。

(1)该同学首先测量遮光条的宽度d;

(2)实验时,将滑块从A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t,若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是　　　　; 

(3)改变钩码质量,读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出　　　　(选填“t2-F”“-F”或“-F”)的图像是线性图像。 

答案　(2)遮光条释放时到光电门的距离(或A、B间的距离)　

(3)-F

解析　(2)读出遮光条通过光电门的时间,可求滑块经过光电门时的速度,可利用2ax=v2求滑块的加速度,这还需要测量出A、B间的距离;

(3)联立F=ma,2ax=v2,v=,可得=,所以通过描点可作出-F图线。

5.某同学用如图所示的装置,探究加速度与力的关系。在气垫导轨上安装了两光电门1、2,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过滑轮与弹簧测力计相连。

(1)下列说法正确的是　　　　。 

A.将气垫导轨的右端适当垫高

B.实验时应先释放滑块后接通电源

C.实验中不需要钩码质量远小于滑块质量

D.测力计的读数始终为钩码重力的一半

(2)若实验时调整气垫导轨水平,不挂钩码和细线,接通气泵并适当调节,释放滑块,如果滑块　　　　,则表示气垫导轨已调整至水平状态。 

(3)要完成探究实验,不需要记录的数据有:　　　。 

A.光电门1、2间的距离L

B.遮光条的宽度d

C.滑块通过光电门1的时间t1和通过光电门2的时间t2

D.弹簧测力计的示数F

E.钩码的质量m

F.滑块和遮光条的总质量M

答案　(1)C　

(2)静止　

(3)EF

解析　(1)气垫导轨的摩擦力可以忽略不计,不需要将气垫导轨的右端垫高,A错误;实验时应先接通电源后释放滑块,B错误;细线的拉力可以直接由弹簧测力计读出,不需要钩码质量远小于滑块质量,C正确;由于钩码向下做匀加速直线运动,测力计的读数要小于钩码重力的一半,D错误。

(2)实验时调整气垫导轨水平,不挂钩码和细线,接通气泵并适当调节,释放滑块,如果滑块保持静止状态,则表示气垫导轨已调整至水平状态。

(3)滑块和遮光条做匀加速直线运动,有a=,要探究a和F的关系,只需要再测出F即可,所以不需要钩码质量m和滑块和遮光条的总质量M。