高一物理人教版必修一课时检测4-2实验探究加速度与力质量的关系

课时素养检测二十实验:探究加速度与力、质量的关系(25分钟50分)1.(10分)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图所示的实验装置,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后拖动的纸带打上的点计算出。(1)图示是实验中用打点计时器得到的一条纸带,A、B、C、D、E为5个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=________m/s2(结果保留三位有效数字)。

(2)以下措施正确的是________(填入相应的字母)。

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.平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力C.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力D.实验时,先放开小车,后接通电源【解析】(1)根据Δx=aT2可得加速度a=QUOTE=QUOTEm/s2=0.425m/s2。(2)平衡摩擦力时,应不挂重物,只让小车拖着纸带在木板上匀速运动,选项A错误;平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力,选项B正确;每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,选项C正确;实验时,先接通电源,后放开小车,选项D错误。故选B、C。答案:(1)0.425(2)B、C2.(20分)某组同学设计的“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为电火花打点计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板。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可用纸带上打出的点求得。(1)某次实验时,测得小车和小车上的砝码总质量为800g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是____________________。

A.50gB.500gC.5kgD.50kg(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打点计时器打B点时的速度为__________m/s,小车的加速度大小为__________m/s2。(结果均保留两位小数)

(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时,某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注,但尚未完成图像(如图丙所示)。请帮助该同学继续作出坐标系中的图像。(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示,图线不通过坐标原点的原因是_________________________________________________________________________________。

【解析】(1)为了使细绳对小车的拉力F近似等于细砂和小桶的总重力,则需要满足小车和小车上的砝码总质量远大于细砂和小桶的总质量,若小车和小车上的砝码总质量为800g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是50g,选项A正确,B、C、D错误。(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度,即B点的瞬时速度,故vB=QUOTE=1.63m/s。由Δx=aT2可得,小车的加速度a=QUOTE=1.72m/s2。(3)由坐标系中标注点可看到这些点大致在一条直线上,过这些点作一条直线,即为a与QUOTE的关系图像,如图所示。(4)F不为零时,加速度仍为零,可知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。答案:(1)A(2)1.631.72(3)见解析图(4)未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够3.(20分)实验创新体现了学生驾驭知识的能力,为此某同学利用如图甲所示的装置探究加速度与合外力的关系。小车质量为M,砂桶和砂的总质量为m,通过改变m来改变小车所受的合外力大小,小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出。现保持小车质量M不变,逐渐增大砂桶和砂的总质量m进行多次实验,得到多组a、F值(F为弹簧测力计的示数)。(1)图丙为上述实验中打下的一条纸带,A点为小车刚释放时打下的起始点,每两点间还有四个计时点未画出,打点计时器的频率为50Hz,则小车的加速度为________m/s2。(保留一位有效数字)

(2)根据实验数据画出了如图乙所示的一条过坐标原点的倾斜直线,其中纵轴为小车的加速度大小,横轴应为________。(选填字母代号)

A.QUOTEB.QUOTEC.mgD.F(3)砂桶和砂的总质量较大导致a较大时,关于乙图的说法,正确的是________。(选填字母代号)

A.图线逐渐偏向纵轴B.图线逐渐偏向横轴C.图线仍保持原方向不变D.均有可能【解析】(1)由于每两个计数点间还有四个计时点未画出,纸带上面相邻两点的时间间隔是0.1s。根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可得:a=QUOTE=QUOTEm/s2=4m/s2。(2)根据牛顿第二定律,F=Ma,a=QUOTEF,质量不