2023-2024学年高一物理人教版必修一 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系同步练习含解析

第第页2023-2024学年高一物理人教版必修一4.2实验：探究加速度与力、质量的关系同步练习（含解析）2.实验：探究加速度与力、质量的关系

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1.关于验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验，以下做法正确的是()

A.平衡摩擦力时，应将重物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，再接通电源

D.可以利用天平测出重物的质量和小车的质量，直接用公式求出加速度

2.图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图．两个相同的小车，放在比较光滑的水平板上摩擦力很小，可以略去，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码．两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车使两小车同时开始运动，合上夹子，两小车同时停止．用刻度尺测出两小车通过的位移，则位移之比就等于它们的加速度之比．为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法中正确的是()

A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量

B.若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响

C.位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比

D.可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验

3.在探究加速度与力、质量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”，又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”这种研究物理问题的科学方法是()

A.建立理想模型的方法B.控制变量法

C.等效替代法D.类比法

4.如图所示，在研究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力后，若、两个相同的小车所受拉力分别为、，车中所放砝码的质量分别为、，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为、，则在实验误差允许的范围内，有()

A.当、时，

B.当、时，

C.当、时，

D.当、时，

二、多选题

5.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法正确的是()

A.平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮用细绳拴在小车上

B.连接砝码盘和小车的细绳应与长木板平行

C.平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动，每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

D.小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车

6.甲、乙、丙、丁四位同学在做探究加速度与物体质量和合力的关系的实验时，使用图所示的装置，设小车和车上砝码的总质量为，小盘及盘中砝码的总质量为，分别得出如图中、、、四个图像，其中图、、是图像，图是图像，则下列说法正确的是()

A.甲和乙较好地把握了实验条件：远大于

B.丙和丁没有把握好实验条件：远大于

C.图中长木板的倾角太大，图中长木板的倾角太小

D.甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作

7.在探究加速度与力、质量的关系时，按实验要求组装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的合理顺序是()

保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次

保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次

用天平测出小车和重物的质量

平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动

挂上重物，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点

根据测量的数据，分别画出图线和图线

A.B.C.D.

8.如图是某些同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是()

A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小

C.形成图丙的原因是所挂钩码质量远小于小车质量

D.形成图丁的原因是所挂钩码质量与小车质量相当

三、实验题

9.某次实验测得如下数据：当一定时，与的关系如表一所示；当一定时，和的关系如表二所示．

表一

表二

在如图所示的相应坐标系中分别作出表一、表二所给数据确定物理量的图线．

在研究与的关系时，作了的图线，而不作的图线，试分析作的图线有何优点？

10.某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度与钩码的质量的对应关系图，如图乙所示．实验中小车含发射器的质量为，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：

根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量呈_______填“线性”或“非线性”关系．

由图乙可知，图线不经过原点，可能的原因是______________________________________________________________________________．

若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是______________________________________，钩码的质量应满足的条件是______________________________________________________________________________．

11.光电计时器是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲所示，、分别是光电门的激光发射和接收装置．当有物体从、之间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图乙所示的装置设计一个“探究物体的加速度与合外力、质量的关系”的实验，图中是水平桌面，是一端带有定滑轮的长木板，为了平衡小车与木板间的摩擦，将木板端用木块垫高．将光电门固定在靠近木板滑轮一端的点与之连接的光电计时器没有画出小车上固定着用于挡光的窄片，让小车从木板上的点由静止滑下，与光电门连接的计时器显示窄片的挡光时间。

用游标卡尺测量窄片的宽度，用米尺测量、两点间距为，已知，与光电门连接的计时器显示的挡光时间为，则小车的加速度表达式_________结果用所给字母表示。

某同学在实验中保持小车质量不变，改变沙与沙桶质量，并将沙和沙桶的重力当成小车所受的合外力，通过多次测量作出图线，如图丙中实线所示．试分析图线不过坐标原点的原因是_________，图线上部明显偏离直线的原因是_______________________________________________________________。

12.如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，遮光条的宽度为，滑块与遮光条的总质量为，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，钩码的质量为，每次滑块都从位置由静止释放．

实验时，接通气源，将滑块从位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，已知位置到光电门的距离为，用、、表示滑块运动的加速度__________．

下列不必要的一项实验要求是__________．

A.应使滑块与遮光条的总质量远大于钩码和力传感器的总质量

B.应使位置与光电门间的距离适当大些

C.应将气垫导轨调节水平

D.应使细线与气垫导轨平行

改变钩码的质量，记录对应的力传感器的示数和遮光条通过光电门的时间，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出__________图像．选填“”“”或“”

有一位同学想测得在断开气源的情况下，滑块与导轨之间的动摩擦因数，他调整气垫导轨水平，断开气源时，测得滑块在轨道上运动的加速度为，此时钩码的质量为；不改变钩码的质量，接通气源，测得滑块在轨道上运动的加速度为，用、、、表示滑块与导轨间的动摩擦因数__________．

13.在探究加速度与力、质量的关系时，小王同学采用如图甲所示装置，其中小车及砝码的质量用表示，沙和沙桶的质量用表示，小车的加速度可由小车后端拖动的纸带计算得出．

往沙桶中加入一定量的沙子，当与的大小关系满足________时，可近似认为绳对小车的拉力大小等于沙和沙桶的总重力；在释放小车________填“之前”或“之后”接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．

在平衡摩擦力后，他用打点计时器打出的一段纸带如图乙所示，该纸带上相邻两个计数点间还有个点未标出，打点计时器使用的交流电的频率是，则小车的加速度大小是________，当打点计时器打点时小车的速度是________结果保留三位有效数字

小张同学用同一装置做实验，他们俩在同一坐标系中画出了图像如图丙所示，小张和小王同学做实验，哪一个物理量是不同的？答：________________________________．

14.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、为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过、光电门时，光束被遮挡的时间、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，挡光片的宽度为，光电门间的距离为，牵引砝码的质量为回答下列问题．

实验开始时，应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，判定调节是否到位的方法是_________________________________________________________________．

若取，改变的值，进行多次实验，以下的取值不合适的一个是()

A.

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、、、表示．

15.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，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、，并测出间距开始时将木板置于处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到处的时间．

木板的加速度可以用、表示为__________；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法是写出一种即可________________________________________________．

改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度与弹簧测力计示数的关系．下列图像中能表示该同学实验结果的是___________．

在本实验中，用加水的方法改变拉力的大小，该方法与挂钩码的方法相比，它的优点是___________．

A.可以改变滑动摩擦力的大小可以更方便地获取多组实验数据

C.可以比较精确地测出摩擦力的大小可以获得更大的加速度以提高实验精度

16.在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：

为猜想加速度与质量的关系，可利用图所示装置进行对比实验．两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止．抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下．对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比．关于实验条件，下列正确的是：_________选填选项前的字母．

A.小车质量相同，钩码质量不同

B.小车质量不同，钩码质量相同

C.小车质量不同，钩码质量不同

某同学为了定量验证中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度与质量的组实验数据，如下表所示．在图所示的坐标纸上已经描好了组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出图像．

次数

在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”请在图中画出小车受力的示意图．为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：_________选填选项前的字母．

A.使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力

B.若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力

C.无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力

D.让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力

17.某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及物体质量关系的实验，图所示为实验装置简图交流电源的频率为．

图所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________保留两位有效数字

保持沙和沙桶的质量不变，改变小车质量，分别得到小车加速度与质量及对应的，数据如下表．

序号

小车加速度

小车质量

请在图所示的坐标纸中画出图线，由图线可得小车的加速度与质量的倒数之间的关系式为__________．

保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的质量，该同学根据实验数据作出了加速度随合力变化的图线，如图所示．该图线不通过原点，其主要原因是________________．

答案和解析

1.【答案】

【解析】平衡摩擦力时，要求小车处在无动力的情况下，选项A错误；

平衡摩擦力时，是小车重力沿木板方向的分力与摩擦力平衡，设木板与水平面间的夹角为，有，则，由此分析可知，实验中只需要平衡一次摩擦力，选项B正确；

实验时需要先接通打点计时器的电源，再释放小车，以充分利用纸带，选项C错误；

小车的加速度是通过打点计时器打出来的纸带进行求解的，不是用求出来的，选项D错误．

2.【答案】

【解析】小盘和砝码的总质量远小于小车的质量时，才能保证绳对小车的拉力大小等于小盘和砝码的总重力大小，A错误；

粗糙水平板对小车有摩擦力，改用粗糙水平板后小车受到的合力不等于绳子的拉力，B错误；

根据初速度为零的匀变速直线运动公式可知，当时间一定时，位移与加速度成正比，实验中两小车运动的时间相同，所以两车的位移之比等于加速度之比，C正确；

实验的目的是探究加速度和力之间的关系，即探究小车的加速度和小车受的合力之间的关系，所以应在两小车内放置相同质量的砝码进行实验，在两小盘内放置不同质量的砝码改变合力，D错误．

3.【答案】

【解析】略

4.【答案】

【解析】两小车相同，当时，若，则，由得，A正确，B错误．

若，由于两小车的质量未知，故无法确定两车加砝码后的质量关系，进而两小车的加速度关系也就不清楚，因此无法断定两车的位移关系，、D错误．

5.【答案】

【解析】平衡摩擦力时，应将细绳从小车上拿去，垫高长木板远离滑轮的一端，让小车的重力沿木板的分力平衡摩擦力，故A错误；

若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子拉力不等于小车所受的外力，这样导致误差增大，故B正确；

平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动，但每次改变小车的质量时，小车的重力沿木板的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；

实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，因此要求小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车，故D正确．

6.【答案】

【解析】图像和都是直线，说明满足小车和车上砝码的总质量远大于小盘及盘中砝码的总质量，而丙和丁没有把握好此条件，故图线出现弯曲，、B正确；

图像、、中只有图线过原点，说明只有丙较好地完成了平衡摩擦力的操作，D正确；

图像中图线在横轴上有截距，即为某一值时才开始有加速度，说明长木板倾角太小，没有很好地平衡摩擦力，而图像中图线在纵轴上有截距，说明长木板倾角太大，平衡摩擦力过度，C错误．

7.【答案】

【解析】探究与的关系与探究与的关系的顺序可互换．

8.【答案】

【解析】题图甲图像中，当时，加速度，说明时，物体受到的合力已不等于零，即平衡摩擦力时长木板倾角过大，使物体重力沿长木板向下的分力大于摩擦力；题图乙中时，趋于无穷大，在有限的力下有不为的加速度，说明重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，即平衡摩擦力时长木板倾角过大；题图丙、丁中图线弯曲的原因均是不满足所挂钩码质量远小于小车质量，钩码重力不近似等于小车所受合力．故B、C错误，、D正确．

9.【答案】作出的两个图线如答图所示．

的图线是曲线，难以找出规律，的图线是直线，容易找出规律．

【解析】同答案

10.【答案】非线性

未平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力

调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力；远小于小车含发射器的质量

【解析】根据题图乙坐标系中给出的点连线，可知小车的加速度与钩码的质量呈非线性关系．

根据题图乙中数据，当小于某一值时，小车受到钩码的拉力的作用，但没有加速度，故可能的原因是未平衡摩擦力或轨道的倾斜度过小，没有完全平衡摩擦力．

在实验中若“直接以钩码所受重力作为小车受到的合外力”，则需要满足两个条件：平衡摩擦力；钩码的质量远小于小车含发射器的质量．

11.【答案】木块垫得太高或平衡摩擦力过度不满足沙和沙桶的质量远小于小车的质量

【解析】解：

小车沿斜面做匀加速直线运动，经过光电门的瞬时速度为，根据匀变速直线运动的规律有，即．

由题图丙可知，当拉力为零时，小车加速度不为零，原因是木块垫得太高或平衡摩擦力过度；图线明显偏离直线的原因是不满足沙和沙桶的质量远小于小车的质量．

12.【答案】

【解析】

【分析】滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式解答

从实验原理和实验误差角度分析操作的步骤

根据牛顿第二定律分析即可。

分别根据牛顿第二定律分析断开气源和未断开气源列式联立解得。

处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项，知道滑块经过光电门时的网时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。

【解答】由题意可知，该实验中保持滑块与遮光条的总质量不变，因此有，根据光电门测速原理可得滑块经过光电门时的速度，解得；

拉力是直接通过力传感器测得的，与滑块质量和钩码质量大小无关，故A是不必要的；应使位置与光电门间的距离适当大些，这样有利于减小误差，是必要的；应将气垫导轨调节水平，且保持细线与气垫导轨平行，这样拉力才等于合力，、是必要的；故本题应选A；

由于，可知与成正比，要探究与的关系，可通过探究与的关系得到，若与成正比，则可得到与成正比，因此应作图像；

根据加速度与力的关系，断开气源时有，打开气源时有，解得。

13.【答案】；之前；；；小车及砝码的质量。

【解析】

【分析】

本题考查了实验注意事项、实验数据处理，掌握匀变速直线运动的推论：可以求出小车的加速度应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式可以分析两实验中不同的物理量。

当小车质量远大于沙和沙桶质量时可以近似认为小车受到的拉力等于沙和沙桶的重力。

应用匀变速直线运动的推论：可以求出小车的加速度，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度求解打点的速度。

应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式，然后分析图示图象答题。

【解答】

假设小车及砝码的加速度为，绳的拉力大小为，对沙和沙桶有，对小车及砝码有，联立可得，故只有在的情况下可近似认为拉力大小等于；为增加打出的有效点的个数，应该先接通电源，待打点稳定后再释放小车．

纸带上每相邻两个计数点间还有个计时点，所以相邻的计数点之间的时间间隔是，根据逐差法求解加速度

根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可得点的速度为．

根据实验数据可知，即图像的斜率等于小车及砝码的质量的倒数，所以两人的实验中小车及砝码的质