教科版 (2019)必修 第一册第四章 牛顿运动定律2 探究加速度与力、质量的关系课时训练

这是一份教科版 (2019)必修 第一册第四章 牛顿运动定律2 探究加速度与力、质量的关系课时训练，共6页。试卷主要包含了24　0，60-4，97+6，41+5等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
1.某同学将力传感器固定在车上用于探究加速度与力、质量之间的关系,如图(a)、图(b)所示。
(a)
(b)
(1)下列说法正确的是( )
A.需要用天平测出传感器的质量
B.需要用到低压交流电源
C.实验时不需要平衡摩擦力
D.若实验中沙桶和沙子的总质量过大,作出的a-F图像可能会发生弯曲
(2)下列实验中用到与该实验相同研究方法的有( )
A.探究单摆周期的影响因素
B.探究求合力的方法
C.探究做功与速度的变化关系
D.探究导体电阻与其影响因素的关系
(3)图(c)是某同学通过实验得到的一条纸带(电源频率为50 Hz),他在纸带上取A、B、C、D、E、F、G 7个计数点(每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出),将毫米刻度尺放在纸带上。根据图可知,打下F点时小车的速度为 m/s。小车的加速度为 m/s2。(计算结果均保留2位有效数字)
(c)
答案:(1)A (2)AD (3)0.24 0.40
解析:(1)要探究加速度与质量的关系,就要测量与小车连在一起的力传感器的质量,故选项A正确;题图(b)中使用的是电火花打点计时器,用220 V交流电源,故选项B错误;平衡摩擦力是必须的,故选项C错误;由于是从力传感器读出拉力,所以图像不会出现弯曲的问题,故选项D错误。
(2)本实验用的是控制变量法,而题中所列的实验中,探究单摆周期的影响因素,及探究导体电阻与其影响因素的关系的实验均是用控制变量法,故选AD。
(3)由运动学公式求速度及加速度,vF=(9.60-4.80)×10-22×0.1 m/s=0.24 m/s,
把AG分成两大段用Δx=aT2求加速度,a=xDG-xAD(3T)2=(9.60-3.00-3.00)×10-2(0.3)2 m/s2=0.40 m/s2。
2.某实验小组利用图(a)所示的装置探究物体的加速度与力、质量的关系。
(1)实验中下列做法正确的是( )
A.平衡摩擦力后,实验就不需要满足小车及车中砝码总质量远大于砝码盘及盘中砝码总质量的条件
B.每次改变小车中砝码的质量后,都需要重新平衡摩擦力
C.选取点迹清晰的纸带,必须以打的第一个点为计数起始点进行测量
D.实验中应先接通打点计时器的电源,然后再释放小车
(2)实验中由于绳对小车实际的拉力 (选填“大于”“等于”或“小于”)重物所受的重力,会给实验带来系统误差。为减小此误差,实验中要对小车质量M和重物质量m进行选取,以下四组数据中最合理的一组是 。(填写相应序号)
①M=200 g,m=40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
②M=200 g,m=30 g、35 g、40 g、45 g、50 g
③M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g
④M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g
(3)图(b)是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带。取计数点1、2、3、4、5。已知打点计时器的打点周期为0.02 s,用刻度尺测量出各相邻计数点间的距离分别为3.05 cm、3.92 cm、4.77 cm、5.62 cm,则小车运动的加速度大小a= m/s2。(结果保留2位有效数字)
(a)
(b)
(c)
(4)图(c)为此同学在探究加速度a与力F的关系时,根据测量数据作出的a-F图像,说明实验存在的问题是 。
答案:(1)D (2)小于 ④ (3)0.86 (4)平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力
解析:(1)若小车及车中砝码总质量远大于砝码盘及盘中砝码总质量,则小车所受拉力近似等于砝码盘及盘中砝码总重力;这个条件和平衡摩擦力没有关系,故A项错误;平衡摩擦力是利用小车自身的重力来平衡摩擦力,有mgsinθ=μmgcsθ,一旦摩擦力平衡,则夹角一定,与质量无关,故每次改变小车中砝码的质量后,不需要重新平衡摩擦力,B错误;处理纸带时,选取点迹清晰的纸带,不一定从计时点开始,故C错误;先接通电源后放开小车,可以有效利用纸带打更多的点,同时打点更稳定,故D正确。
(2)由于砝码桶加速下降,故实验中绳对小车实际的拉力小于重物所受的重力,为减小实验误差,需m≪M,故最合理的数据是④。
(3)根据逐差法,小车运动的加速度大小为
a=x35-x13(2T)2=0.86 m/s2。
(4)由题图可知,图像与横轴有交点,说明已经有拉力了,但还没有加速度,故可能是平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。
3.用如图所示的装置探究加速度a与力F的关系,带滑轮的长木板水平放置,弹簧测力计固定在墙上。
(1)把实验时一定要进行的操作按先后顺序排列: (填选项前的字母)
A.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,根据纸带的数据求出加速度a,同时记录弹簧测力计的示数F
B.将木板右端抬起适当的高度,以平衡摩擦力
C.用天平测出沙和沙桶的总质量
D.保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
(2)某同学按照正确的实验步骤得到的a-F图像如图所示,则小车的质量m= kg。
答案:(1)BA (2)1.5
解析:(1)为了保证绳子的拉力等于小车的合力,实验开始前要先平衡摩擦力;用打点计时器时,要先接通电源,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,要记录弹簧测力计的示数,拉力可以由弹簧测力计测出,不需要用天平测沙和沙桶的质量,也就不需要使沙和沙桶的总质量远小于小车的总质量,所以实验时一定要进行的操作步骤顺序为BA。
(2)对a-F图像来说,图像的斜率表示小车质量的倒数,
此题,弹簧测力计的示数F=12F合,故小车质量为m=2k=243=1.5。
能力提升
1.某中学实验小组的同学利用如图所示的装置完成了探究物体的加速度与合外力、质量关系的实验,该小组的同学进行了如下的操作:
①首先将光电门A、B固定在一端带定滑轮的长木板上,并将长木板的一端适当垫高;
②将带有挡光片的小车和钩码用细绳拴住,跨过定滑轮后将小车从长木板的一定高度处由静止释放。
已知钩码的质量为m,挡光片和小车的总质量为M,挡光片的宽度为d,两光电门之间的距离为s,滑块经过光电门A、B时的挡光时间分别为t1和t2,请回答下列问题:
(1)在本实验中通常要求挡光片和小车的总质量远大于钩码的质量,其目的是 。
(2)小车的加速度的关系式为a= 。(用题中的物理量表示)
(3)该小组的同学在探究加速度与外力的关系时,通过改变钩码的质量,得到了多组实验数据,画出图线后,发现该图线不过原点,其原因是 。
答案:(1)使小车所受的合外力大小约等于钩码的重力
(2)d2(t12-t22)2st12t22
(3)平衡摩擦力不足或平衡摩擦力过量
解析:(1)对钩码,由牛顿第二定律得mg-F=ma
对小车,有F=Ma
联立解得F=mMgM+m=mg1+mM
当挡光片和小车的总质量M远大于钩码的质量m时,mM≈0,F≈mg,即绳子的拉力近似等于钩码的总重力,这样做的目的是使小车所受的合外力大小约等于钩码的重力mg。
(2)小车经过光电门A、B的速度分别为
v1=dt1
v2=dt2
由运动学公式可知,其加速度表达式为a=v22-v122s=d2(t12-t22)2st12t22
(3)图线不过原点,可能是与纵轴或横轴存在交点,即不加钩码时,给小车一个初速度,小车会做加速或减速运动,说明可能平衡摩擦力不足,也可能平衡摩擦力过量。
2.为了验证牛顿第二定律,某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置。
(a)
(b)
(c)
(1)实验过程有以下操作:
a.安装好实验器材,将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。
b.选出一条点迹清晰的纸带,选取部分计数点如图(b)所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。
c.测得xOA=3.59 cm,xAB=4.41 cm,xBC=5.19 cm,xCD=5.97 cm,xDE=6.78 cm,xEF=7.64 cm。
d.计算出小车的加速度a= m/s2;打下B点时,小车的速度vB= m/s。(结果均保留2位有效数字)
(2)若保持小车及车中的砝码质量一定,研究加速度a与所受外力F的关系,在木板水平和倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图(c)所示。图线 (选填“甲”或“乙”)是在木板倾斜情况下得到的。
答案:(1)0.80 0.48 (2)甲
解析:(1)由运动学公式求加速度和速度,
a=xCF-xOC(3T)2=(5.97+6.78+7.64)×10-2-(3.59+4.41+5.19)×10-2(3×0.1)2 m/s2=0.80 m/s2;
vB=xAC2T=(4.41+5.19)×10-22×0.1 m/s=0.48 m/s。
(2)a-F图线中,图线甲当F=0时,就有了加速度,所以图线甲是木板倾斜时得到的。