2021学年第四章 运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系随堂练习题

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第一册

一、选择题（共13题）

1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤中，下列做法中正确的是　　

A．同时改变拉力F和小车质量m的大小

B．先保持小车质量m不变，研究加速度a与拉力F的关系，再保持F不变，研究a与m的关系，最后导出a与m及F的关系

C．只改变拉力F的大小，小车质量m的大小始终保持不变

D．只改变小车质量m的大小，拉力F的大小始终保持不变

2．某课外兴趣小组利用如图所示的实验装置探究加速度与合外力、质量的关系。下列关于该实验的说法，不正确的是（　　）

A．实验前要把木板不带滑轮的一端适当垫高平衡摩擦力

B．实验前应调节定滑轮的高度使细线与木板平行

C．实验开始时应先释放小车，再接通电源

D．实验开始的时候，小车最好距离打点计时器近一点

3．下列关于物理学思想方法的叙述错误的是

A．当物体的运动时间t趋于0时，t时间内的平均速度可看成瞬时速度运用了等效替代思想

B．在伽利略之前的学者们总是通过思辨性的论战决定谁是谁非，是他首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法

C．力学中将物体看成质点运用了理想化模型法

D．探究加速度与力和质量关系的实验运用了控制变量法

4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时（小盘和砝码的重力不变），探究加速度与质量的关系，以下说法中正确的是（　　）

A．平衡摩擦力时，应将小盘和砝码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．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量m和小盘与砝码的总质量m0，直接用公式求出

5．人类在探索自然规律过程中总结了许多科学方法,如控制变量法．比值定义法．极限法．理想模型法等.在下列研究中,可以用极限法的是(　　)

A．利用质点来替代实际物体

B．研究瞬时速度

C．研究胡克定律

D．探究加速度与力、质量的关系

6．下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是

A．在探究力的合成规律过程中主要运用了等效法

B．在验证牛顿第二定律实验时平衡摩擦力本质上是运用了理想模型法

C．当△t→0时，，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了微元法

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，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里主要运用了极限思维法

7．在物理学的重大发现中科学家们总结出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、等效替代法、科学假设法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述不正确的是(       )

A．根据速度的定义式，当∆t趋近于零时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思想法

B．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运用了假设法

C．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，运用了控制变量法

D．引入重心﹑合力与分力的概念时运用了等效替代法

8．曹冲称象故事讲的是曹冲把象牵到船上，等船身稳定了，在船舷上齐水面的地方刻了一条线．把象牵到岸上来后再把一块一块的石头装上船，等船身沉到刚才刻的那条线和水面平齐后，石头总的重量等于大象的重量，下列物理学习或研究中用到的方法与曹冲称象的方法相同的是

A．研究加速度与合力、质量的关系

B．建立“合力和分力”的概念

C．建立“瞬时速度”的概念

D．建立“点电荷”的概念

9．如图是控制变量法“探究滑动摩擦力的相关因素”实验，下列研究也用到同样方法的是（　　）

A．建立“质点”的概念

B．将“重心”视为重力的作用点

C．建立“瞬时速度”的概念

D．探究加速度与力、质量的关系

10．在探究“加速度与物体受力的关系”实验中,我们首先保持砝码质量不变研究小车质量和加速度的关系,再保持小车质量不变研究砝码和加速度的关系最终得到 F = ma ,从科学研究的方法来说,这属于(       )

A．等效替代 B．控制变量

C．科学假说 D．数学归纳

11．在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法和科学假说法、建立物理模型法等等．以下关于物理学家及其所用物理学研究方法的叙述不正确的是

A．牛顿认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动，再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体运动的规律，这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法

B．根据速度定义式，当非常非常小时，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

C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，该实验应用了控制变量法

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

12．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是（　　）

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是微元法

B．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，这里运用了控制变量法

C．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，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法

D．根据速度定义式，当时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度，该定义运用了理想实验法

13．某同学研究“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受力的关系”的实验，根据数据画出a﹣F图象如图所示，该同学在实验中出现的问题可能是（　　）

A．摩擦力没有平衡 B．长木板的倾斜角过大

C．小车的质量发生了变化 D．绳子拉力方向没有与长木板平行

二、填空题（共4题）

14．（1）某位同学在做验证牛顿第二定律实验时，实验前必须进行的操作步骤是_________________．

（2）正确操作后通过测量，作出a—F图线，如图中的实线所示．试分析：图线上部弯曲的原因是________；

（3）打点计时器使用的交流电频率f =50Hz，如图是某同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a=_________（用英文字母表示）；根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为a=_______m/s2（结果保留两位有效数字）．

15．用图甲所示的装置探究加速度与力、质量之间的关系，图乙是其俯视图。两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮个挂一个相同的小盘，盘中可放砝码。两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹了，两小车同时停止。实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量。

(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量_____（选填“相同”或“不相同”）的砝码；

(2)为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力，应使小盘和砝码的总质量_____（选填“远大于”或“远小于”）小车的质量；

(3)实验中，两小车的加速度之比______（选填“大于”、“等于”或“小于”）小车通过的位移之比。

16．为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m，回答下列问题：

(1)若取M=0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是______；（填答案前的字母）

A．5gB．15gC．40gD．400g

(2)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为:_______。(用Δt1、Δt2、D、S表示)

17．如图甲是某同学测量重力加速度的装置，他将质量均为M的两个重物用轻绳连接，放在光滑的轻质滑轮上，这时系统处于静止状态．该同学在左侧重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物m的重力作用而使系统做初速度为零的缓慢加速运动，该同学用某种办法测出系统运动的加速度并记录下来．完成一次实验后，换用不同质量的小重物，并多次重复实验，测出不同m时系统的加速度a并作好记录．

（1）若选定物块从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有(      )

A．小重物的质量m                            B．大重物的质量M

C．绳子的长度                                   D．重物下落的距离及下落这段距离所用的时间

（2）经过多次重复实验，得到多组a、m数据，做出－图像，如图乙所示，已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g＝_______，并可求出重物质量M＝_________．（用k和b表示）

三、综合题（共4题）

18．实验中用抬高平板一端的方法来平衡摩擦力。当小车质量改变时，是否需要重新调整平板的倾斜程度？为什么？

19．某实验小组采用如图所示的装置验证牛顿第二定律,打点计时器工作频率为50Hz.验证实验的部分步骤如下:

a.将木板的左端垫起,以平衡小车的摩擦力;

b.在小车中放入砝码,纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;

c.将小车停在打点计时器附近,接通电源,释放小车,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列的点,断开电源;

d.改变钩码或小车中砝码的质量,更换纸带,重复b、c的操作．设某次实验钩码质量为m、砝码和小车总质量为M,重力加速度为g．根据试验数据应用牛顿第二定律求

(1)小车的加速度a;

(2)细线对小车的拉力F

(3)若使细线对小车的拉力F近似等于钩码的重力,推导M,m所满足的条件．

20．如图1所示，一小车放于平直木板上（木板一端固定一个定滑轮），木板被垫高一定角度θ，该角度下，小车恰能做匀速直线运动（假设小车所受摩擦力与小车对木板的正压力成正比，比例系数为μ），小车总质量为M。

(1)请推导θ与μ应满足的定量关系；并分析说明若增大小车质量，仍使小车做匀速直线运动，角度θ是否需要重新调整；

(2)如图2所示，将小车上栓一根质量不计，且不可伸长的细绳，细绳通过滑轮（滑轮与细绳之间摩擦不计）下挂一个砝码盘（内放砝码），在木板上某位置静止释放小车后，小车做匀加速直线运动。已知砝码盘及砝码的总质量为m，求：当m=M，小车所受细绳拉力与砝码盘及砝码总重力的比值。

21．某同学在做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量的关系”实验时，把两个实验的数据都记录在表1中。数据是按加速度的大小排列的，两个实验的数据混在一起，而且有两个加速度数据模糊不清（表1中空格）。请你把这些数据分拆填入表2和表3中，如果模糊的加速度数据是正确的，其数值应该是多少？请填在表1中。

表1   实验记录

表2探究加速度与力的关系（条件：       ）

表3探究加速度与质量的关系（条件：       ）

参考答案：

1．B

2．C

3．A

4．B

5．B

6．A

7．B

8．B

9．D

10．B

11．A

12．B

13．B

14．     平衡摩擦力；     没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m          0.60

15．     相同     远小于     等于

16．     D    

17．     AD     1/b     k/2b

18．不需要，

抬高一端后，设平板的倾斜角为，若此时小车处于平衡状态，则

即使小车质量发生改变，方程两边小车质量消去，仍处于平衡状态，因此不需要重新调整平板的倾斜程度。

19．（1） ；（2） ；（3）

20．(1)角度θ无须改变；(2)1：2

21．

由牛顿第二定律可知加速度

故表格1中第一个空格应填

表格1中第二个空格应填

在探究加速度与力的关系时，应保证质量不变，由表格1可知，m=0.36kg，故表2中所填数据如下

表2探究加速度与力的关系（条件：0.36kg）

在探究加速度与质量的关系时，应保证力不变，由表1可知，F=0.29N，故表3中所填数据如下

表3探究加速度与质量的关系（条件：0.29N）