实验探究加速度与力质量的关系（分层作业）原卷版

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系1．“物理”一词最早出现在我国的晋朝，泛指事物之理，源于《庄子•天下》中的“判天地之美，析万物之理”。关于物理思想与方法，下列说法错误的是（）A．重心、合力的概念都体现了等效思想B．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、质量的关系时，运用了控制变量法D．伽利略的理想斜面实验运用了在可靠的事实基础上进行合理外推的方法2．下列叙述正确的是（）A．在不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“理想模型法”B．速度定义式，当趋于0时，用的比值表示物体在t时刻的瞬时速度的方法是“控制变量法”C．探究加速度与力、质量的关系时，保持物体质量不变探究加速度与力的关系时运用了“假设法”D．卡文迪许实验测量万有引力常量运用了“微元法”3．“等效替代”是物理学中常用的思想方法，比如“合力”和“分力”之间的关系就是通过“作用效果相同”联系起来的。下列物理概念的引入或实验操作过程中，主要体现“等效替代”这一思想方法的是（

）A．实验研究加速度与力、质量的关系 B．物体的“重心”概念的建立C．伽利略的理想斜面实验 D．“加速度”概念的建立4．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，运用了以下哪种科学实验方法（）A．理想模型法 B．放大法 C．控制变量法 D．等效替代法5．小明同学利用如图甲所示装置进行“探究加速度与力、质量的关系”实验，在某次实验中，打出一条纸带如图乙所示，已知相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出。（1）该实验需要平衡摩擦力。这个操作的目的是为了。A．使重物的重力等于细线所受的拉力B．使重物的重力等于小车所受的合力C．使细线对小车的拉力等于小车所受的合力（2）请指出图甲中该同学平衡摩擦力操作的两处错误，。（3）小车运动时的加速度为m/s2（计算结果保留两位有效数字），由此可以判断槽码质量（选填“满足”或“不满足”）本实验要求。6．如图所示，某同学探究“小车加速度与力、质量的关系”。（1）打点计时器使用的电源是（填“直流电源”或“交流电源”）。（2）补偿阻力时（填“需要”或者“不需要”）挂小沙桶，（填“需要”或者“不需要”）在小车后连接纸带，然后适当（填“垫高长木板右端”或“改变小车的质量”），直到小车做匀速直线运动。（3）下图是实验中得到的一条纸带，图中相邻计数点之间还有4个点没有画出，距离已在图中标示，可得小车的加速度，C点的速度m/s（结果均保留两位有效数字）。7．某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m的关系”的实验，如图所示为实验装置简图（交流电源的频率为50Hz）。（1）下图所示为某次实验得到的纸带，O、A、B、C、D、E、F为纸带上连续的7个计数点（每两个计数点间还有四个点没有画出），根据纸带可求出：打计数点B时小车的速度vB＝m/s；小车的加速度大小为m/s2。（结果保留三位有效数字）（2）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a随合力F变化的图线，如图所示。该图线不通过原点，其主要原因可能是。8．在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车拖动的纸带上打出的点计算出。为了降低难度，操作时可以通过平衡阻力（也叫阻力补偿）和满足的关系来实现对象受的合力近似等于，请完成：（1）某同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车内砝码的质量，测出相应的加速度，采用图像法处理数据。为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该作a与的图像。（2）现有两位同学用同一装置做实验，画出了各自得到的图线如图2所示，则两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同。A．加速度

B．M

C．m

D．摩擦力1．某小组同学设计的“探究加速度与力、质量的关系”实验装置简图如图甲所示，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长木板。实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度a可由纸带上打出的点求得。（1）某次实验时，测得小车和小车上砝码的总质量为800g，则细砂和小桶的总质量较为合理的是；A．30g

B．300g

C．3kg

D．30kg（2）如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz，根据纸带可求得电火花计时器打B点时小车的速度为m/s，小车的加速度大小为。（结果均保留两位小数）2．某实验小组为探究加速度与力之间的关系设计了如图（a）所示的实验装置，用钩码所受重力作为小车所受的拉力，用DIS（数字化信息系统）测小车的加速度。通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图（b）所示。（1）图线（填“I”或“Ⅱ”）是在轨道水平的情况下得到的。（2）小车和位移传感器发射部分的总质量为kg，小车在水平轨道上运动时受到的摩擦力大小为N。（3）图线Ⅰ、Ⅱ右端弯曲明显的原因是。3．为了探究物体质量一定时，加速度与力的关系，某实验小组设计了如图甲所示的实验装置，其中小车及滑轮的总质量为M，砂和砂桶的总质量为m，力传感器测出细线的拉力F，不计滑轮的摩擦。（1）实验时，一定要进行的操作是；A．用天平测出砂和砂桶的总质量B．实验中接通电源的同时，释放小车C．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力D．调节长木板左端定滑轮的高度，使细线与木板平行E．实验中要求砂和砂桶的总质量m远小于小车及滑轮的总质量M（2）实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知相邻两个计数点之间还有四个计时点未画出，打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电源，根据纸带可求出打点计时器打C点时，小车的速度为，小车的加速度为；（结果保留两位有效数字）（3）以力传感器的示数F为横坐标、加速度a为纵坐标，画出的图像如图丙所示，则小车的质量为kg，图线不过坐标原点的原因可能是。4．某同学设计了如图所示的装置来做“探究加速度与力、质量的关系”实验。力传感器固定在一质量合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与力传感器和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测得其间距为d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加入细砂，直到木板刚刚开始运动为止，力传感器的示数为F0，以此表示滑动摩擦力的大小；再将木板放回原处并用手拖住瓶与细砂，继续向瓶中加入细砂后，释放瓶并在运动过程中记下力传感器的示数F，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t。（1）释放木板后，木板运动的加速度大小a=（用d、t表示）；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法是（写一种即可）。（2）改变瓶中细砂的质量，重复实验，确定加速度大小a与力传感器的示数F的关系。下列图像能表示该实验结果的是。（3）此实验（填“要求”或“不要求”）满足细砂和瓶的质量必须远远小于木板和力传感器的质量。（4）加细砂改变拉力的大小与挂钩码相比，加细砂的优点是。A．可以多次改变滑动摩擦力的大小B．可以比较精确地测出滑动摩擦力的大小C．可以获得更大的加速度以提高实验精度5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某研究小组设计了两种方案。【方案1】实验装置如图所示，在满足所挂钩码质量远小于小车质量的前提下，进行实验数据测量、计算和分析。（1）除小车、钩码、打点计时器（含纸带、复写纸）、刻度尺、导线、开关等器材外，在下列器材中，必须使用的有。（填选项字母）A．电压合适的直流电源

B．电压合适的交流电源

C．天平

D．秒表（2）在实验中得到如图所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器使用的交流电频率为，根据纸带可求得小车的加速度为（结果保留3位有效数字）。（3）根据测量数据，作出小车的加速度随细线拉力变化的图线，如图所示。你认为在实验过程中可能存在的问题是。（填选项字母）A．先释放小车，后接通电源

B．补偿阻力时木板右端垫得不够高C．先接通电源，后释放小车

D．电源电压过高造成小车加速度测量值偏大【方案2】实验装置如图所示，力传感器可直接测出轻绳中拉力的大小。已知小车的质量为M，力传感器的质量为，钩码的质量为m。（4）实验时，不需要进行的操作是。（填选项字号）A．将图中长木板左端适当垫高，以补偿小车所受的阻力B．应该先接通打点计时器电源，再释放小车C．释放前，小车要靠近打点计时器放置D．实验中要求钩码的质量m远小于小车的质量M（5）在完成补偿阻力工作之后，某同学以力传感器的示数F为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，画出的图线如图所示，图线与横坐标轴的夹角为，求得图线的斜率为k，则下列关于小车的质量M与这些测量量关系中正确的是（填选项字母）。A．

B． C．

D．6．在某次探究加速度与力、质量的关系实验中，甲、乙两组同学分别设计了如图1和图2所示的实验装置，小车总质量为M，重物质量为m。（1）关于这两组实验，要达到实验目的，下列说法中正确的是（多选）A．图1实验需要平衡摩擦力

B．图2实验不需要平衡摩擦力C．图1实验需要满足

D．图2实验不需要满足（2）甲组同学在保证实验装置规范合理的情况下，利用实验装置得到一条纸带如图3所示，纸带中相邻两点间的时间间隔为T，由此可得小车此时的加速度为（用、、T表示）。多次操作后，甲组的两位同学用实验所得数据，在同一坐标系内画出了如图4所示的两条图像，由图像可判断，他们实验时所挂的重物质量应是（选填“>”“=”或“<”）。（3）乙组同学在保证实验装置规范合理的情况下，改变重物质量，重复实验，以弹簧测力计示数F为横坐标、小车对应的加速度a为纵坐标，做出的图像如图5所示，则由图可知小车的总质量。7．小莹同学用如图1所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系，打点计时器所用交变电流的频率为50Hz。（1）长木板右侧垫高是为了平衡小车受到的摩擦力，应调节木板的倾斜度，使小车，即可认为完成平衡。（2）如图2是小莹某次实验得到的纸带，她在纸带上选取了A、B、C、D、E、F、G、H八个计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，打计数点A的时刻定为计时起点（），部分实验数据如图2所示，由以上数据可知，时的瞬时速度为