高一物理人教版必修1课时练习4-2实验探究加速度与力质量的关系

二十一实验：探究加速度与力、质量的关系(25分钟50分)1．(8分)如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有()A.当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2xB．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2xC．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2【解析】选A。题中m1和m2是车中砝码的质量，决不能认为是小车的质量。本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少。当m1＝m2时，两车加砝码质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝eq\f(1,2)at2得x1＝2x2，故A项对，B项错；若m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不清楚。故无法断定两车的位移关系，C、D2．(12分)甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图(甲)、(乙)、(丙)所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题：(1)甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是__________。A．甲、丙B．甲、乙C．甲、乙、丙(2)实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是__________。(3)实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的a­F图线如图(丁)中A，B，C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是____________，__________，__________。【解析】(1)(甲)、(乙)、(丙)三个图小车与长木板之间都有摩擦力，为保证小车受到的拉力就是所受的合力，所以都需要平衡摩擦力，故C正确。(2)(乙)、(丙)两图细线上的力由弹簧测力计和力传感器直接读出，不需要用重物的重力代替，所以不需满足M≫m；(甲)图用重物的重力代替细线的拉力，必须满足M≫m。(3)(甲)图用重物的重力代替细线的拉力，需满足M≫m，随着m的增大，不满足M≫m时，图像出现弯曲，所以甲组对应的是C；(乙)图中拉力等于重物和传感器的重力之和，(丙)图中拉力等于重物的重力，则m乙>m丙，所以拉力相等时，加速度a乙>a丙，从而判断乙组对应A，丙组对应B。答案：(1)C(2)甲(3)CAB3．(14分)某实验小组利用拉力传感器和打点计时器“探究加速度与力的关系”。他们将拉力传感器固定在小车上记录小车静止时受到拉力的大小，下面按照甲图进行实验，t＝0时，小车处于甲图所示的位置。(1)该同学按甲图完成实验，请指出至少一处错误：________________________。(2)图乙是实验中获得的一条纸带的某部分，选取A、B、C、D、E计数点(每两个计数点间还有4个点未画出)，AC间的距离为__________cm。(3)若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则小车的加速度大小为__________m/s2。(结果保留两位有效数字)【解析】(1)该实验的错误之处：打点计时器的电源接了直流电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力。(2)AC间的距离为3.10cm。(3)根据Δx＝aT2，运用逐差法得：a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(（10.10－3.10－3.10）×10－2,4×0.01)m/s2＝0.98m/s2。答案：(1)打点计时器的电源接了直流电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力(2)3.10(3)0.984．(16分)(2021·丽水高一检测)某实验小组利用图甲装置进行相关的力学实验。(1)将一条纸带穿过打点计时器，该小组同学发现纸带有图乙两种穿法，你认为__________边的穿法正确(选填“左”或“右”)。(2)利用该装置进行“探究小车速度随时间变化的规律”实验，得到如图丙所示的纸带，已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，每两个计数点之间还有四个点未标出，sAB＝4.22cm，sBC＝4.65cm，sCD＝5.08cm，sDE＝5.49cm，sEF＝5.91cm，sFG＝6.34cm，则小车在B的速度为________m/s，加速度为________m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)如图所示，用该装置进行“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”实验时，通过改变重物的质量来改变小车的合外力，则该小组同学实验前__________(选填“需要”或“不需要”)垫高轨道以平衡小车的摩擦力；重物质量m和小车质量M之间____________(选填“需要”或“不需要”)满足m远小于M。【解析】(1)电火花打点计时器纸带应放在墨粉盘下面，由题图乙所示可知左边的穿法是正确的。(2)所用交流电的频率为50Hz，打点计时器打点时间间隔是0.02s，每两个计数点之间还有四个点未标出，相邻计数点间的时间间隔t＝0.02×5s＝0.1s，小车在B的速度近似等于小车在AC间的平均速度，则vB＝eq\f(sAB＋sBC,2t)＝eq\f(（4.22＋4.65）×10－2,2×0.1)m/s≈0.44m/s；由匀变速直线运动的推论Δx＝at2可知，小车的加速度a＝eq\f(sDE－sAB＋sEF－sBC＋sFG－sCD,9t2)＝eq\f(（5.49－4.22＋5.91－4.65＋6.34－5.08）×10－2,9×0.12)m/s2≈0.42m/s2；(3)“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”实验时，为使