高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究加速度与力、质量的关系随堂练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册实验：探究加速度与力、质量的关系随堂练习题，共9页。试卷主要包含了实验思路——控制变量法，物理量的测量，实验器材，进行实验，数据分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
考点一、实验思路——控制变量法
1．探究加速度与力的关系
保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系．
2．探究加速度与质量的关系
保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系．
考点二、物理量的测量
1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量．
2．加速度的测量
(1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝eq \f(2x,t2)计算出加速度a.
(2)方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．
(3)方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则eq \f(a1,a2)＝eq \f(x1,x2)，把加速度的测量转换成位移的测量．
考点三．力的测量
在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力．
(1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力．
(2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量．
三、实验器材
小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．
考点四、进行实验
1．用天平测出小车的质量m，并把数值记录下来．
2．按如图1所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细线)．
图1
3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和．
4．把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中．
表1 小车质量一定
5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中．
表2 小车所受的拉力一定
考点五、数据分析
1．分析加速度a与力F的定量关系
由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图2所示，若图像是一条过原点的直线，就能说明a与F成正比．
图2
2．分析加速度a与质量m的定量关系
由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以eq \f(1,m)为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－eq \f(1,m)图像，如图3所示．若a－eq \f(1,m)图像是一条过原点的直线，说明a与eq \f(1,m)成正比，即a与m成反比．
图3
3．实验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比．
(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比．
六、注意事项
1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．
2．在补偿阻力时，不要(选填“要”或“不要”)悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
3．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量．
4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去．
二：考点题型归纳
题型一：实验图像问题
1．(2021·江苏南京·高一)如图是用阻力补偿法“探究加速度与力的关系”的实验装置，小车的前端固定有拉力传感器，跨过定滑轮的轻绳一端固定于传感器，另一端与装有砝码的托盘相连。实验中保持小车质量不变，改变砝码的质量，测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a，作出a－F图像，下列图像中正确的是( )
A．B．C．D．
2．(2021·全国·高一课时练习)如图(a)为“用DIS研究加速度和力的关系”的实验装置。某实验小组改变所挂钩码的数量，多次重复测量，绘出如图(b)所示的图像。引起误差的主要原因是( )
A．小车与轨道之间存在摩擦B．先点击“记录数据”，后释放小车
C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大
3．(2021·全国·高一)某同学做探究加速度与力、质量的关系的实验中由于忘记平衡摩擦力，所得的a-F图像为图中的( )
A．B．C．D．
题型一、实验原理与实验操作与实验数据处理
4．(2022·广东·饶平县第二中学高一开学考试) 用图甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”。请思考并完成相关内容：
(1)实验时平衡摩擦力操作如下：将小车静止放在水平长木板右端，连接已穿过打点计时器的纸带，且取下砝码和砝码盘，调整长木板右端的高度，接通打点计时器的电源，轻拨小车，使打点计时器在纸带上打出一系列_______的点，说明小车已经平衡摩擦力；
(2)图乙为某次实验得到的纸带，已知所用电源的频率为50Hz。根据纸带可求出打出B点时小车的速度为_______m/s；小车的加速度大小为______m/s2；(结果均保留两位有效数字)
(3)小薇同学研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系，得到了如图丙中①所示的a-F图线，主要原因是______；
(4)小丹同学研究小车质量一定的情况下加速度a与砝码重力F(忘记测量砝码盘的质量，但其他操作均正确)的关系， 得到的a-F图线应该是图丙中的______(填“①”“②”或“③”)。
5．(2022·江西·赣南师范大学附属中学高一期末)用如图甲所示的实验装置探究“加速度与物体质量、合外力的关系”。
(1)下列做法正确的是________；
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行
B．将砝码桶用细线通过定滑轮拴在小车上，通过调节木板的倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力
C．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量小车和小车上砝码的总质量________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)；
(3)实验中打出的纸带如图乙所示，相邻两个计数点的时间间隔为0.1s，由此可算出小车的加速度大小为a=________m/s2(结果保留三位有效数字)；由数据分析可知，图乙中纸带对应的实验________(填“满足”或“不满足”)第(2)问中的质量关系。
6．(2022·江苏·高一开学考试)某小组用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。
(1)若小车的总质量为M，砝码和砝码盘的总质量为m，则当满足___________条件时，可认为小车受到合外力大小等于陆码和砝码盘的总重力大小；
(2)在探究加速度与质量的关系实验中，下列做法中正确的有___________；
A．补偿阻力时，将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上
B．补偿阻力时，将纸带连接在小车上
C．使上部分细线与木板平行
D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出
(3)甲同学通过对小车所牵引纸带的测量，就能得出小车的加速度a。如图乙是某次实验所打出的一条纸带，在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个打点未标出，则打计数点“3”时小车的速度大小为___________m/s， 小车的加速度为___________m/s2(结果均保留两位有效数字)
(4)乙同学通过给小车上增减槽码来改变小车的总质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出图线后，发现当较大时，图线发生弯曲，该同学后来又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象，则该同学的修正方案可能是___________；
A．改画a与的关系图线B．改画a与(M+m)的关系图线
C．改画a与的关系图线D．改画a与的关系图线
(5)小明利用如图丙所示的实验方案，探究小车质量一定时加速度与合外力之间的关系，图中上下两层水平轨道，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，在一定的条件下将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力大小，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，并同时停止，他测量了两小车的位移分别为x1、x2， 加速度分别为a1、a2，则=___________。
题型二：加速度与力、质量的关系实验的创新改进
7．(2022·全国·高一课时练习)某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置如图甲所示，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放。
(1)若遮光条的宽度d=4.7 mm，实验时将小车从位置A由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，则小车经过光电门时的速度为v=______(用字母表示)。
(2)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，通过描点作出线性图像，研究小车加速度与力的关系，处理数据时应作出______图像。
A．Δt—m B．Δt2—mC． D．
(3)有一位同学通过实验测量作出的图线如图乙所示，试分析∶
①图线不通过坐标原点的原因是______或______；
②图线上部弯曲的原因是______。
8．(2022·广东汕头·高一期末)某同学想通过用手机高速拍照的功能来探究加速度与力的关系，采用如图甲的实验装置。
(1)按照该示意图安装好器材后，进行如下的实验：
①长木板一端垫高，平衡小车的摩擦；
②将小车停放在长木板的顶端，使其指针对准刻度尺的0刻度；
③开启手机高速拍照，再启动电子计时器同时释放小车，让小车加速下滑，改变重物的质量，重复操作几遍。
(2)打开手机录制好的视频，通过慢动作播放，记录弹簧测力计的读数，然后，通过电子计时器，找出小车运动的位移，运动的位移，运动的位移，运动的位移，则小车的加速度为______。(计算结果保留三位有效数字)
(3)该实验中，弹簧测力计的读数______(“等于”或“不等于”)小车所受合外力，小车的质量和重物的质量______(“需要”或“不需要”)满足。
(4)以弹簧测力计的示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出图像，如图乙，该图线是一条直线，则可得到的结论是______。
(5)若直线与横坐标的夹角为，则该小车的质量为______。
9．(2022·全国·高一)用如图所示的装置探究加速度、力和质量的关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上。小车上固定一个定滑轮，细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。
(1)实验中打点计时器使用的电源是_________电源(填“交流”或“直流”)，若电源频率为50Hz，这两种打点计时器都是每隔_________s打一次点；
(2)利用打点频率为50Hz的打点计时器，得到的一条纸带如图所示：(图中每两个计数点间还有四个点未画出)则在该次实验中，纸带中C点的速度为________m/s，小车运动的加速度大小为___________(结果均保留小数点后两位)；
(3)某同学做实验时，未把木板的一侧垫高，就继续进行其他实验步骤，则该同学作出的小车的加速度与弹簧测力计示数F的图像如图所示，则实验中小车受到的摩擦力大小为__________(用图中字母表示)。
三：课堂过关精练
一、单选题
10．(2022·全国·高一)如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车(含车内砝码)总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。在探究加速度与小车受力关系的过程中，要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是( )
A．M＝100g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
B．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M＝100g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
11．(2022·黑龙江·宾县第二中学高一期末)在探究加速度与小车质量关系的过程中，应保持砂和砂桶的总质量不变，通过增减小车中砝码改变小车质量M，实验测出几组a、M数据，下列图线能直观合理且正确反映a-M关系的是( )
A．B．C．D．
12．(2022·黑龙江·宾县第二中学高一期末)如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车(含车内砝码)总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是( )
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
C．将长木板带有定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
D．将长木板远离定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
13．(2022·天津河西·高一期末)图甲为某次探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系实验装置图。保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量。根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线，如图乙所示，图中直线没有通过原点，下列说法不正确的是( )
A．要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是控制变量法
B．要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是等效替换法
C．物体的质量为0.7千克
D．直线没有通过原点，说明实验前未平衡摩擦力
14．(2022·河南洛阳·高一期末)在物理学的重大发现中，科学家们总结出了许多物理学研究方法，以下叙述正确的是( )
A．在研究物体运动时，用质点来代替物体运用了假设法
B．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了控制变量法
C．在研究瞬时速度时，当趋近于零时，用表示物体在时刻的瞬时速度，运用了等效法
D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程分成很多小段，然后将各小段位移相加，运用了极限的方法
15．(2022·江苏苏州·高一期末)一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与力F的关系。另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器(如图乙)来完成实验。下列关于实验操作的说法中正确的是( )
A．图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力
B．图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小
C．图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量
D．图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力
二、实验题
16．(2023·全国·高一课时练习)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是_______(填字母代号)。
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．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
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质量时，不需要重新调节木板倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量___________木块和木块上砝码的总质量。(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
17．(2022·江苏·宿迁市文昌高级中学高一期中)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器使用的交流电频率为。
(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如下图()所示，自A点起，相邻两点的距离分别为、、、、，则打点时小车速度为___，小车的加速度为_____；
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持_________；若该同学要探究加速度和拉力关系，应该保持_________不变；
(3)该同学通过数据的处理作出了图象，如图()所示，则图中直线不过原点的原因可能是_____________________。
18．(2022·全国·高一课时练习)在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和槽码的质量
B．按图安装好实验器材
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码
D．将电磁打点计时器接在8V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
E.保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值
G.作a-M关系图像，并由图像确定a与M的关系
(1)请改正实验装置图中的错误。
①电磁打点计时器位置：______；
②小车位置：______；
③定滑轮位置：______。
(2)该同学漏掉的重要实验步骤是______，该步骤应排在步骤______之后；
(3)在上述步骤中，有错误的是步骤______，应把______改为______；
(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤______，应把______改为______。拉力F/N
加速度a/(m·s－2)
质量m/kg
加速度a/(m·s－2)