高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系复习练习题

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1.(2023上海宝山高一期末)在用DIS研究质量一定时,加速度与力的关系的实验中,选用了位移传感器测量加速度。为了减小误差,下列说法正确的是( )
A.实验开始前调整滑轮高度,让牵引小车的细绳与轨道平面平行
B.实验开始前要调整轨道倾角,使小车轻推后、在不挂钩码时,能够向上匀速运动
C.在增加钩码的同时要在小车上增加配重片,确保钩码质量始终远小于小车的总质量
D.每次实验时,需要使钩码从静止开始释放
2.(2023江苏淮安学业考试)探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图所示,为研究加速度a与质量m之间的关系,下列说法正确的是( )
A.需保持盘和砝码质量不变
B.需保持小车质量不变
C.盘和砝码的重力一定与小车受到的拉力大小相等
D.处理数据时,作出a-1F图像能直观判断a与F之间的关系
3.(2023浙江期中)小龙设计如图甲、乙、丙所示实验装置探究加速度与物体所受合力的关系,下列说法正确的是( )
甲
乙
丙
A.都需要挂上重物,并调节长木板的倾角,以平衡摩擦力
B.只有丙不需要用天平测出砂和砂桶(或钩码)的总质量
C.都需要保持定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行
D.都需要控制砂和砂桶(或钩码)的总质量远小于小车质量
4.(2023山东济宁高一开学考试)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,某同学设计了如图甲所示的实验装置。其中m车为小车的质量,m为砂和砂桶的总质量,m0为滑轮的质量,力传感器可测出轻绳的拉力大小,实验中所用交变电流的频率为50 Hz。
甲
(1)关于此实验,下列说法正确的是 。
A.实验前,一定要用天平测出砂和砂桶的质量
B.因为力传感器可测出拉力的大小,所以此实验不需要补偿阻力
C.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车和滑轮的质量(m车+m0)
D.实验时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数
(2)图乙是某次实验得到的纸带,相邻两计数点间有四个点未画出,部分实验数据如图所示。则小车的加速度大小为 m/s2,打P点时,小车的速度大小为 m/s。(结果均保留两位有效数字)
乙
5.(2023山东临沂高一月考)某实验小组用如图所示的装置做探究物体的加速度与质量的关系的实验。
(1)安装好实验装置后,首先平衡摩擦力。将长木板的右端适当垫高, (选填“挂”或“不挂”)托盘时轻推小车,若打点计时器在纸带上打出的点越来越密集,则应将长木板下的小垫块向 (选填“左”或“右”)移些。重复调整小垫块的位置,直到打点计时器在纸带上打出的点间距相等时,说明摩擦力已平衡。
(2)保持合外力不变,研究加速度与质量的关系,m0为小车的质量,m为托盘与盘中砝码的总质量。在绘出a-1m0图线后,发现在1m0较大时图线发生了明显的弯曲,为使作出的图线为直线,下列做法正确的是 。
A.改作a-(m0+m)图线
B.改作a-mm0图线
C.改作a-1m0+m图线
D.改作a-1(m0+m)2图线
B级 关键能力提升练
6.(2023山东青岛期中)某课外兴趣小组设计的探究物体平均加速度与物体受力、物体质量关系的实验方案图如图所示。该小组同学先将挡板竖直固定在水平桌面上,再将弹簧一端固定在挡板上,另一端处于自然状态,并在桌面上标记自由端的位置O;在O点左侧安装一光电门,并调整其高度;将刻度尺紧贴桌边固定,使其0刻线与O点对齐。将装有遮光片的小车置于桌面上并向右压缩弹簧到某位置,记录固定在小车右侧面的薄长铁条此时所指刻度尺的刻度值x,然后释放小车记录光电门显示的遮光时间Δt。用游标卡尺测得遮光片的宽度d。请回答下列问题:
(1)光电门的位置应离O点适当 (选填“近些”或“远些”);
(2)小车加速过程的平均加速度为a= (用测得的物理量的符号表示);
(3)为减小实验误差,本实验应选用劲度系数 (选填“较大”或“较小”)的弹簧进行实验;
(4)保持小车质量不变,要探究小车平均加速度a与所受合力F的关系,只需探究平均加速度a与 的关系即可(用测得的物理量的符号表示)。
7.(2023安徽池州月考)利用如图甲所示的实验装置,探究滑块质量一定时加速度与合外力之间的关系。气垫导轨放在水平桌面上,导轨上放有滑块,滑块上有遮光片。图中A、B是两个光电门,光电门与数字计时器相连。实验器材还有轻质细绳、砝码、砝码盘等,遮光片的宽度d=4.20 mm,重力加速度的大小为g。
实验步骤如下:
(1)实验开始之前测量并记录:
①滑块与遮光片的总质量m0、砝码和砝码盘的总质量m;
②光电门A、B之间的距离l。
(2)把气垫导轨调整到水平:打开气泵电源,气泵正常工作,调节气垫导轨垫脚螺丝。放上滑块,轻轻推动一下,让滑块在气垫导轨上运动起来,若遮光片经过光电门A和B的遮光时间 即可判定气垫导轨已经调整到水平。
(3)细绳跨过定滑轮一端与滑块相连,一端与砝码盘相连,调节细绳与导轨平行。轻轻放手后,滑块在细绳拉力作用下运动起来。记录下遮光片经过A、B两个光电门的时间分别为tA和tB。经过光电门A时滑块的速度为 ,滑块的加速度为 。(用题目中物理量的符号表示)
(4)本实验中选择砝码和砝码盘的总质量m (选填“远大于”“等于”或“远小于”)滑块与遮光片的总质量m0时,可把砝码和砝码盘的重力视为细线的拉力,根据实验得到的数据,如果在误差范围内关系式mg= (用实验已知和已测量的物理量符号表示)成立,即可得到“物体质量一定时加速度与合外力成反比”这一结论。
参考答案
分层作业24 实验:探究加速度与力、质量的关系
1.A 调整木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与轨道平行,这样做的目的是可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车所受的合力,故A正确;为了测量小车的合力,先要平衡摩擦力,适当垫高长木板无滑轮的一端,使未挂托盘和砝码时小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑,故B错误;本实验采用控制变量法,研究质量一定时加速度与力的关系,增加钩码时小车质量应该保持不变,故C错误;本实验只需要保证质量一定情况下,测量出加速度和钩码的重力即可,不需要钩码从静止开始释放,故D错误。
2.A 研究加速度a与质量m之间的关系,应保持小车所受拉力不变,即盘和砝码质量不变,故A正确,B错误;当盘和砝码的质量远远小于小车质量时,才能认为盘和砝码的重力等于小车受到的拉力,故C错误;因为盘和砝码质量一定,即拉力F不变,故处理数据时,应作出a-m图像以便直观判断a与m之间的关系,故D错误。
3.C 图丙中用气垫导轨,不需要平衡摩擦力,选项A错误;图乙中有弹簧测力计,图丙中有力传感器,不需要测出砂和砂桶(或钩码)的总质量,也不需要控制砂和砂桶(或钩码)的总质量远小于小车质量;只有甲需要用天平测出砂和砂桶(或钩码)的总质量,选项B、D错误;都需要保持定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行,选项C正确。
4.解析 (1)因为力传感器可测出拉力的大小,所以此实验不需要用砂和砂桶的重力代替拉力大小,故不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车和滑轮的质量(m车+m0),但需要补偿阻力,否则合力不再只由轻绳的拉力合成,故A、B、C错误;实验时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数,故D正确。
(2)小车的加速度大小为a=16.24-7.09-×10-2 m/s2=0.52 m/s2,打P点时,小车的速度大小为v=11.39-3.280.2×10-2 m/s=0.41 m/s。
答案 (1)D
(2)0.52 0.41
5.解析 (1)平衡摩擦力时,应将长木板的右端适当垫高,小车不挂托盘时轻推小车;打点计时器在纸带上打出的点越来越密集,说明小车做减速运动,则应将长木板下的小垫块向左移动些,使木板倾角增大一些;
(2)1m0较大时图线发生了明显的弯曲,说明不满足托盘和砝码的质量远小于小车质量,此时应该把托盘和砝码与小车看成一个整体,有a=Fm0+m,应改作a-1m0+m图线,故选C。
答案 (1)不挂 左 (2)C
6.解析 (1)为了比较准确地测量出小车离开弹簧时的速度大小,光电门的位置应离O点适当近些,以减小小车与桌面间的摩擦力的影响。
(2)小车经光电门时的瞬时速度近似等于遮光片经光电门时的平均速度,则有v=dΔt,由题意可知,小车加速的位移为x,由速度位移公式,可得小车的平均加速度为a=v22x=d22x(Δt)2。
(3)为减小实验误差,本实验应选用劲度系数较大的弹簧。劲度系数较大的弹簧,在同样的形变量的情况下,弹簧的弹力较大,可以减小摩擦力的影响。
(4)x是弹簧的形变量,因此小车质量不变,要探究小车平均加速度a与所受合力F的关系,只需探究平均加速度a与形变量x的关系。
答案 (1)近些 (2)d22x(Δt)2 (3)较大 (4)x
7.解析 (2)滑块匀速运动时通过光电门的时间相等。
(3)滑块经过光电门A、B时的瞬时速度vA=dtA,vB=dtB,根据运动学公式vB2-vA2=2al,解得a=d2(tA2-tB2)2ltA2tB2。
(4)砝码和砝码盘的总质量m远小于滑块与遮光片的总质量m0,可把砝码和砝码盘的重力视为细线的拉力,若mg=m0a=m0d2(tA2-tB2)2ltA2tB2,即可得到“物体质量一定时加速度与合外力成反比”这一结论。
答案 (2)相等
(3)dtA d2(tA2-tB2)2ltA2tB2
(4)远小于 m0d2(tA2-tB2)2ltA2tB2