高中物理人教必修一4. 实验 探究加速度与力、质量的关系解析版

1、人教版高一物理必修第一册课堂同步精选练习4.2实验 探究加速度与力、质量的关系（解析版）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,如图所示是某同学正要释放小车的情形,下列说法正确的是() A.应把长木板水平放置 B.应使小车离打点计时器远些C.应将打点计时器接在直流电源上 D.应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行【答案】D【解析】实验时需要注意操作事项,为了使绳子的拉力充当小车运动的合力,应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行。在“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤中,下列做法正确的是()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

2、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【答案】B【解析】实验中变量较多时,采用控制变量法,即先保持一个变量不变,研究另外两个变量之间的关系。某同学采用如图(1)所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系。用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F;通过分析打点计时器打出的纸带,测量加速度a。作出图(2)所示a-F图象,根据图象中的点迹,判断造成这种结果的原因可能是() 图(1) 图(2)A.在平衡摩擦力时将木板右端垫的过低B.没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时将木板右端垫的过低C.测量小车的质量或者

3、加速度时的偶然误差过大D.砂桶和砂的质量过大,不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件【答案】D【解析】图象不经过原点,拉力为零,加速度不为零,可知平衡摩擦力过度,即木板倾角过大;曲线上部出现弯曲现象,随着F的增大,即砂和砂桶质量的增大,不再满足砂和砂桶的质量远小于小车质量的实验条件,故D正确。在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,采用如图所示的实验装置与方案。本实验的特点是通过黑板擦控制两小车的启动与停止,将测量两车的加速度转换为测量两车的位移。实验中不需要测量的物理量是()A.小车运动的时间 B.小车通过的位移C.盘和盘中重物的总质量 D.车和车上重物的总质量【答案】A【解析】黑板擦

4、控制两小车同时启动与停止,所用时间相同,所以不用测量小车运动的时间。将测量两车的加速度转换为测量两车的位移,即实验需要测量两车的位移。在初速度为零的匀变速直线运动中,时间相等,位移与加速度成正比,小车1、2的加速度之比a1/a2=s1/s2,要达到实验目的需要测量车和车上重物及盘和盘中重物的总质量。故A正确。在“探究物体加速度与外力关系”实验中 (1)根据测得的数据作出a-F图线,若作出的a-F图线如图甲所示,这是由造成的,若作出的a-F图线如图乙所示,这是由造成的。A.在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了B.由于砂及砂桶质量远远小于小车的质量C.由于砂及砂桶质量较大,不能很好满足远远小于

5、小车的质量D.实验前没有平衡摩擦力(2)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装成如图丙所示,请你指出该装置中的错误或不妥之处(只要指出两处错误或不妥之处即可):_。【答案】(1)AC (2)见解析【解析】(1)图甲a-F图线不经过原点,当F=0时,a0,也就是当绳子上没有拉力时,小车的加速度不为0,说明小车受到的摩擦力小于重力的分力,造成的原因是实验时平衡摩擦力木板垫的过高,倾角过大。图乙图线上部弯曲,即当拉力较大时加速度a与力F不成正比,这是由于没有满足实验过程中小车质量M远大于砂桶及砂的总质量m这一条件造成的,故选A、C。(2)打点计时器使用的是交流电,电源应该是46 V交流电;小车

6、应该停靠在打点计时器附近,以提高纸带的使用效率;没有抬起木板右端用来平衡摩擦力。6. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中。(1)某组同学用如图所示装置,采用控制变量的方法,来研究在小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到的力的关系。下列措施中不需要和不正确的是。A.首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力B.平衡摩擦力的方法就是在塑料桶中添加砝码,使小车能匀速滑动C.每次改变小车受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力D.实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力E.每次小车都要从同一位置开始运动F.实验中应先放小车,然后再开打点计时器的电源(2)某组同学根据实验得出的数据

7、,画出a-F图象如图所示,那么该组同学实验中出现的问题可能是。 A.实验中摩擦力没有平衡B.实验中摩擦力平衡过度C.实验中绳子拉力方向没有跟平板平面平行D.实验中小车质量发生变化【答案】(1)BCEF(2)B【解析】(1)“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,需要平衡摩擦力,实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力,则A、D正确。平衡摩擦力的方法是改变斜面的倾角,使小车能匀速下滑,则B错。每次改变小车受到的拉力后,不需要重新平衡摩擦力,则C错。实验不需要小车都从同一位置开始运动,则E错。实验中应先打开打点计时器的电源,再放小车,则F错。故选BCEF。(2)由题中图象可知,当拉力F为0

8、时,小车已经有加速度,则可能是斜面倾角过大,即实验中摩擦力平衡过度。7. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,采用如图甲所示的装置。(1)实验过程中,电火花计时器应接在(选填“直流”或“交流”)电源上。(2)某小组在“探究质量一定时,加速度与合力成正比”实验中,测出多组数据,作出了如图乙所示的图象,已知实验过程中细线与木板始终保持平行,则图线没有过坐标原点的原因可能是,图线上部弯曲的原因可能是。(3)如图丙所示,为实验中打出的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为依次选取的7个计数点,相邻两计数点间还有4个打点未画出。从纸带上测出x1=3.20 cm,x2=4.52 cm,x5=8

9、.42 cm,x6=9.70 cm。则木块加速度的大小a=m/s2(保留两位有效数字)。 丙【答案】(1)交流(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足未满足砝码盘和砝码的总质量远小于木块的质量(3)1.3【解析】(1)电火花计时器是利用接正极的放电针和墨粉纸盘与接负极的纸盘轴产生火花放电,于是在纸带上打出一系列的点,而且在交流电的每个周期放电一次,因此电火花计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期。(2)图线与横轴的交点不是坐标原点,意味着当绳子的拉力不为零时,物体的加速度仍然为零,合外力仍然为零,即物体仍然受到木板的摩擦力,所以实验者可能是没有平衡摩擦力,也可能是已平衡了摩擦力但平衡摩擦力不足。以

10、整体为研究对象有mg=(M+m)a,则有a=mgM+m=g1+Mm,而在实验的过程中,我们认为绳子的拉力F等于砝码盘和砝码的总重力,而实际上绳子的拉力F=Ma=MM+mmg,故要让绳子的拉力F近似等于砝码盘和砝码的总重力,那么MM+m,故应该是mM。而当m不再远小于M时,a=mgM+m=g1+Mm,随着m的增大,物体的加速度逐渐增大且无限趋近于g,故图线上部弯曲的原因可能是未满足砝码盘和砝码的总质量远小于木块的质量。(3)由于相邻两计数点间还有4个打点未画出,故相邻两计数点间的时间间隔为T=50.02 s=0.1 s。应该利用逐差法求物体的加速度:(x5-x1)+(x6-x2)=8aT2,解得

11、物体的加速度:a=x5+x6-x1-x28T2=0.084 2+0.097 0-0.032 0-0.045 280.12 m/s2=1.3 m/s2。某同学进行“探究小车速度随时间变化的规律”实验时,(1)下列说法正确的是A.电磁式打点计时器使用220 V交流电源B.先闭合电源开关,让打点计时器正常工作后,再拖动纸带C.纸带上的打点密集说明,纸带运动速度较大D.从纸带上能看清的点开始选择计数点,并测量处理数据(2)已知计时器打点的时间间隔为0.02 s,该同学按打点先后顺序每隔4个点取1个计数点,得到了O、A、B、C、D等几个计数点,如图(1)所示,用刻度尺量得OA=1.50 cm、AB=1.

12、90 cm、BC=2.30 cm、CD=2.70 cm。由此可知,打C点时纸带的速度大小为m/s。纸带运动的加速度大小为m/s2。 (3)另一同学利用如图(2)所示的装置测定导轨上滑块运动的加速度,滑块上安装了宽度为d的遮光板。滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门A、B,配套的数字毫秒计(图中未画出)记录了遮光板通过第一个光电门A的时间为t1,则滑块通过第一个光电门的速度表达式为vA=。若已知滑块通过两光电门速度分别为vA、vB,两个光电门A、B间距离为L,则滑块的加速度表达式为a= 。【答案】(1)BD(2)0.250.4(3)dt1vB2-vA22L【解析】(1)电磁打点计时器应用低压交流

13、电源;打点时应先闭合电源开关,打点计时器正常工作后,拖动纸带;纸带上的打点密集说明在相等的时间内位移较小,则纸带运动速度较小;从纸带上能看清的点开始选择计数点,并测量处理数据。故B、D正确。(2)每隔4个点取1个计数点,则相邻两个计数点之间的时间间隔T=0.1 s,由于相邻计数点的位移之差相等,x=0.4 cm,所以纸带做匀加速直线运动。利用匀变速直线运动的推论有:vc=0.023+0.02720.1 m/s=0.25 m/s。根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小,得:a=0.0040.01 m/s2=0.4 m/s2。(3)由于遮光板通过光电门的时间很短,可以认为滑块在

14、这很短的时间内做匀速运动,也就是说用这段时间内的平均速度代表瞬时速度,则有vA=dt1,根据2aL=vB2-vA2,有a=vB2-vA22L。9. 某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。轻质弹簧测力计固定在一合适的木块上,桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮,细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线P、Q,并测出间距d。开始时将木块置于P处,现缓慢向瓶中加水,直到木块刚刚开始运动为止,记下弹簧测力计的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小。再将木块放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧测力计的示数F,然后释放木块,并用秒表记下木块从P运动到Q处的时间t。

15、(1)木块的加速度可以用d和t表示为a=。(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧测力计示数F的关系。下图中能表示该同学实验结果的是。 (3)用加水改变拉力大小的方法与挂钩码的方法相比较,它的优点是。A.可以改变滑动摩擦力的大小B.可以更方便地获取更多组实验数据C.可以更精确地测出摩擦力的大小D.可以获得更大的加速度以提高实验精度【答案】(1)2d/t2(2)C(3)BC【解析】(1)根据匀变速直线运动公式可知a=2d/t2。(2)因为有摩擦力的存在,所有当FF0时,木板才产生加速度,随着继续向瓶中加水,矿泉水瓶的质量不断增加,不能满足其质量远小于木板的质量的条件,图象向下弯曲,所以

16、选C。(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比水的质量容易改变,可以更方便地获取更多组实验数据,可以更精确地测出摩擦力的大小。10. 利用下图装置可以做力学中的许多实验(1)以下说法正确的是。A.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,必须平衡小车和滑轨间的摩擦力B.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行C.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,在每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,应使盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器,如图所示为实验室常用的两种计时器,其中甲装置用的电源是。A.交流220 VB.直流220 VC.交流46 VD.直流46 V(3)在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图丙所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电上,则此次实验的纸带中,F点在刻度尺的对应读数为cm;小车的加速度大小为m/s2。丙【答案】(1)BD(2)A(3)4.002.5【解析】(1)用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,不需要平衡摩擦力,故A错误。用