物理人教版 (2019)2 实验：探究加速度与力、质量的关系同步达标检测题

4.2实验：探究加速度与力和质量的关系

【基础题组】

当物体质量一定时，探究加速度与力的关系，某同学设计了如图所示的实验装置。力传感器可测出轻绳的拉力。其中为砂和砂桶的总质量，为滑轮的质量，为小车的质量。

实验时，为了减小误差，______填“是”或“否”需要使。

实验时，______填“是”或“否”需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力。

某同学根据实验数据作出了加速度与力的关系图象如图所示，图线不过坐标原点的原因是________。

【答案】

否；是；平衡摩擦力过度斜面倾角过大 

【解析】

图中的力传感器可以直接得出力的大小，所以不需要使；

由实验原理可知需要将带滑轮的长木板右端垫高以平衡摩擦力，使得小车的合力为力传感器测出的力的倍；

由图可知，当力为时，小车已经有加速度，由牛顿第二定律可知图线不过坐标原点的原因是平衡摩擦力过度斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大于滑动摩擦力。  

2.    某同学用图所示的实验装置探究小车的加速度与质量的关系。所用交变电流的频率为。

如图是他某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示。求小车的加速度是多少。

保持小车所受的拉力不变，改变小车质量，分别测得不同质量时小车加速度的数据如表所示。

实验记录

请在图的坐标纸中作出图像。根据图像可以得到什么实验结论？

【答案】

；

如图所示可知，加速度与质量成反比。 

【解析】两计数点间的时间间隔。加速度。

描点，观察点的分布规律，用直线拟合，得到一条过原点的直线，如图所示。根据图像可以得到小车所受的拉力不变时加速度与质量成反比。

3.    某同学为了探究“加速度与力、质量的关系”，设计了如图所示实验装置。

某同学先平衡摩擦力。他将连接小车的纸带穿过打点计时器的限位孔，不挂小盘的小车靠着计时器放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，然后__________。经多次调整木板倾角，直到观察到打出来的纸带上的点间隔均匀，就说明已经平衡好小车所受的摩擦力。

平衡好摩擦力后，挂上装有重物的小盘，得到如图所示的纸带，已知打点计时器打点周期，则小车的加速度为__________保留两位有效数字。

某同学探究加速度和合外力关系的实验时得到如图所示的图象，实验结论为：______________________

小车加速向下过程中，小盘和重物的总重力_______绳子的拉力填“大于”、“小于”或“等于”。

【答案】

接通计时器电源，轻推小车；；小车质量一定时，它的加速度与它的合外力成正比；大于。 

【解析】

平衡摩擦力时，将连接小车的纸带穿过打点计时器的限位孔，不挂小盘的小车靠着计时器放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，然后接通计时器电源，轻推小车。经多次调整木板倾角，直到观察到打出来的纸带上的点间隔均匀，就说明已经平衡好小车所受的摩擦力。

根据逐差法，。

根据图像可知与成正比，说明小车质量一定时，它的加速度与它的合外力成正比。

小车加速向下过程中，设绳子拉力为，则有，解得，所以小盘和重物的总重力大于绳子的拉力。  

【能力提升】

4.    已知交变电流的频率为，则打点计时器打点的时间间隔为_______。

“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示，用该装置研究小车加速度与质量的关系时，下列说法正确的是_______。

A.先释放小车，再接通电源

B.打点计时器接电源直流输出端

C.牵引小车的细绳应与长木板保持平行

D.在增加小车质量的同时，增大木板的倾角

图乙中相邻两个计数点之间还有个打点未画出，打点计时器接频率为的交流电源，根据图乙求出小车的加速度________。结果保留位有效数字

保持小车的质量不变，改变槽码个数，进行多次测量。根据实验数据作出了加速度随拉力的变化图线，如图丙所示。图中直线没有通过原点，其主要原因是________。

【答案】

范围内均可    

未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足、木板倾角太小等 

【解析】打点计时器打点的时间间隔为

由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通电源，再释放小车，故A错误；

B.打点计时器接电源交流输出端，故B错误；

C.为使小车所受合外力等于细线的拉力，牵引小车的细绳应与长木板保持平行，故C正确；

D.设平衡摩擦力时木板抬高的倾角为，在沿木板方向根据平衡条件有

解得

所以木板抬高的倾角与小车质量无关，在增加小车质量的同时，不需要增大木板的倾角，故D错误。

故选C。

根相邻计数点之间还有个点，故相邻计数的时间，据逐差法可得小车的加速度为

图像存在横截距，说明细线拉力达到一定值时才能使小车开始具有加速度，其主要原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足、木板倾角太小等。

要探究加速度与合外力关系，某同学设计了如图甲所示实验装置，其中长木板放在水平桌面上，小车的质量为，当地重力加速度为不计纸带运动中受到的阻力。

调节砂桶中砂的质量，调节定滑轮的高度，使连接小车的细线与长木板平行，小车靠近打点计时器，接通电源，轻推小车，结果打点计时器打出的点间隔均匀，弹簧测力计的示数为，则小车受到的摩擦力大小等于______ 。

不悬挂砂桶，将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，当木板与水平面的夹角为，且 ______ 时，接通电源，轻推小车，则打点计时器在纸带上打出的点间隔均匀。

平衡摩擦力后进行实验，某次实验打出的纸带如图乙所示，、、、、为计数点，打相邻计数点间的时间间隔为，根据纸带求得小车运动的加速度 ______ 结果保留两位有效数字。

5.    平衡摩擦力后，保持小车的质量不变，多次改变砂桶中砂的质量进行实验，得到多组小车的加速度和弹簧测力计的示数，作出图像，则可能的是______ 。

【答案】

     丙 

【解析】解：根据力的平衡，小车受到的摩擦力大小等于；

由可知，，，平衡摩擦力时，当时，摩擦力得到平衡；

根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小，

小车运动的加速度计算表达式为：

由于小车受到的合外力等于弹簧测力计的示数， ，因此作出的图像就是过原点的一条直的斜线，丙正确。

物体做匀速运动，小车受到的摩擦力大小等于，平衡摩擦力时需要满足小车及车上物体的总重力沿斜面向下的分力等于沿斜面向上的摩擦力，即，化简得，故时，摩擦力得到平衡，根据匀变速直线运动的推论求加速度。

正确解答实验问题的前提是明确实验原理，尤其是平衡摩擦力时需要怎么操作，以及什么情况下不需要满足钩码的质量远小于小车的质量等，要从实验原理出发进行分析，不能死记硬背。

6.    为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图甲所示的实验装置。其中带滑轮的小车的质量为，砂和砂桶的质量为，弹簧测力计竖直固定。滑轮质量、滑轮与绳之间的摩擦均不计

实验时，一定要进行的操作或保证的条件是___________。

A.用天平测出砂和砂桶的质量

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.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带

E. 为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带相邻两计数点间还有四个点未画出。已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为__________结果保留两位有效数字。

以弹簧测力计的示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图像如图丙所示，图线的斜率为，则小车的质量为__________。

A.       ．       ．       ．

【答案】

【解析】本实验中细线的拉力由弹簧测力计直接测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量远小于小车的质量，故错误；

B.先拿下砂桶，然后将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故正确；

C.打点计时器运用时，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，要同时记录弹簧测力计的示数，故C正确；

D.要改变砂和砂桶质量，从而改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随变化关系，故正确。

故选BCD。

由于两计数点间还有四个点没有画出，故相邻计数点的时间间隔为

可得

由

得

对图来说，图像的斜率

得

故选D。