42实验探究加速度与力质量的关系（分层作业）（原卷版）

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系实验步骤与操作1．实验小组利用如图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验，已知小车质量为M，砂和砂桶的总质量为m。(1)实验过程中，实验小组用砂和砂桶的重力替代细线的拉力，由此引起的误差属于（选填“系统误差”或“偶然误差”）。为了减小此误差，在对M、m进行选取时，以下几组数据中最合理的一组是。（填正确答案前的字母代号）A．，、60g、80g、100g、120g、140gB．，、25g、30g、35g、40g、45gC．，、60g、80g、100g、120g、140gD．，、25g、30g、35g、40g、45g(2)某次实验得到的纸带如图乙所示，已知所用电源的频率为50Hz，相邻2个计数点之间还有4个计时点没有标出，可求出小车的加速度大小为。（计算结果保留2位有效数字）2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，教材中提供了两种参考案例。(1)参考案例一如图（a）所示，两个小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。两个小车后端各系一条细线，用一个黑板擦把两条细线同时按在桌子上，使小车静止。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。若用刻度尺测出两小车通过的位移分别为s1、s2，则它们的加速度之比为。(2)参考案例二如图（b）所示，当平衡摩擦力后，若作用在小车上的力是通过测量小盘和砝码的重力mg得到的，即，这样处理会有系统误差，为了减小系统误差，小盘和砝码的质量m与小车的质量M应满足的关系是；为了消除这个系统误差，某同学认为将小盘中减掉的砝码放到小车上，就会消除系统误差，则他的研究对象应该是。创新实验3．如图1为两位同学设计的一个实验装置，用来探究一定质量的小车其加速度与力的关系。其中电源为50Hz的交流电，一质量为的光滑滑轮用一轻质细杆固定在小车的前端，小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m。(1)此实验中正确的操作是________A．实验需要用天平测出砂和砂桶的质量mB．实验前需要将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力C．小车靠近打点计时器，应先接通电源，再释放小车D．为减小系统误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到一条纸带如图2所示，相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所接交流电的频率为50Hz，小车的加速度大小为（结果保留两位有效数字）。(3)孙华同学以小车的加速度a为纵坐标，力传感器的示数F为横坐标，画出的图线与横坐标轴的夹角为θ，且斜率为k，如图3所示，则小车的质量为（用题中所给字母表示）。4．某同学在实验室利用图甲所示的装置进行“验证牛顿运动定律”的实验。(1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是（填字母序号）。A．取下沙和沙桶B．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开D．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动(2)实验中，已经测出小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，若要将沙和沙桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是。(3)在实验操作中，下列说法正确的是。A．求小车运动的加速度时，可直接用公式求出B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车C．每改变一次小车的质量，都需要重新平衡摩擦力D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系(4)该同学回到教室处理数据时才发现做实验时忘记了平衡摩擦力，也没有记下沙和沙桶的总质量。但在实验中满足沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M。图乙为该同学利用实验数据所画出的小车的加速度a与小车质量的倒数的关系图像。取，根据图像可求出沙和沙桶的总质量约为kg。5．某物理兴趣小组用如图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系。(1)关于本次实验，下列说法正确的是。A．平衡摩擦力时，需要在定滑轮上挂上槽码B．细线必须与长木板平行C．先释放小车再接通电源D．若增大小车质量，需要重新平衡摩擦力(2)在某次实验中，打点计时器所用电源的频率为50Hz。兴趣小组通过实验得到小车做匀变速直线运动的一条纸带如乙图所示，纸带上每相邻的两个计数点之间都有四个点未画出。按时间顺序取A、B、C、D、E五个计数点，用刻度尺量出相邻点之间的距离是xAB=5.19cm，xAC=10.89cm，xAD=17.10cm，xAE=23.82cm。由此求得小车的加速度大小为m/s2（结果保留2位有效数字）。(3)实验得到的理想a—F图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，出现如图丁所示的三种情况：图线①产生原因是；图线③产生原因是。(4)在保持槽码质量（槽码质量远小于小车和砝码的总质量）不变的情况下，多次改变小车上砝码的质量，测得多组加速度a及对应小车上砝码的质量m，作出图像，如图丙所示，若图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为p，若满足牛顿第二定律，则小车的质量为（用p、k字母表示）。’6．某实验小组利用如图所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系。(1)实验前用刻度尺测出两个光电门中心之间的距离s，并测得遮光条的宽度d。该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=，则滑块的加速度的表达式a=。（以上表达式均用直接测量的物理量的字母表示）(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量做了6组实验，得到如下表所示的实验数据。实验次数123456质量m/g250300350400500800加速度a/（m·s2）2.021.651.431.251.000.63通过计算分析上表数据后，得出的结论是在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比，如果想通过图像法进一步确认自己的结论，须建立（选填“am”或“a”）坐标系，根据实验数据描点作图，如果图线是一条，就可确认上述结论。7．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与悬挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小。(1)在安装器材时，要调整定滑轮的高度，使连接小车的细绳与木板平行。这样做的目的是（填字母代号）。A．防止打点计时器在纸带上打出的点痕不清晰B．在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力C．防止小车在木板上运动过程中发生抖动D．为保证小车最终能够实现匀速直线运动(2)实验中（填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码质量远小于小车质量。(3)某小组在实验中打出的纸带一部分如图乙所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。用毫米刻度尺测量并在纸带上标出了部分段长度。已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。由图数据可求得：小车做匀加速运动的加速度大小为。（保留两位有效数字）(4)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图像如图丙，图线不过原点的原因是A．钩码质量没有远小于小车质量B．平衡摩擦力时木板倾角过大C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力8．某实验小组做“探究加速度与力的关系”实验时，先采用如图甲所示的常规实验方案，处理数据时发现误差比较明显。该小组经过分析讨论，对实验方案进行了改进和优化，采用如图乙所示实验方案，具体实验操作步骤如下：A．挂上托盘和砝码，调整垫块位置，使质量为的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；B．取下托盘和砝码，用天平测出它们的总质量为，查出并记录当地重力加速度g；C．把小车放回木板上原位置，由静止释放，测出其下滑的加速度；D．改变砝码质量和垫块位置，多次测量和，通过作图可得到的关系。（1）比较甲､乙两实验方案，实验时需要满足条件的实验方案是______（选填“甲”､“乙”或“甲和乙”）；（2）采用乙实验方案，在作关系时，小车受到的合外力______；（3）在一次实验操作中，获得如图丙所示的纸带，为计数点，其中相邻两计数点间均有四个点未画出，所用交变电源的频率为，由纸带可求得小车运动的加速度_______（计算结果保留两位有效数字）；（4）图丁是该小组先后采用甲､乙两个实验方案描绘出的关系图象，图象中______（选填①或②）是乙实验方案得到的关系图象。9．（2024年甘肃卷高考真题）用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。(1)以下操作正确的是______（单选，填正确答案标号）。A．使小车质量远小于槽码质量 B．调整垫块位置以补偿阻力C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D．释放小车后立即打开打点计时器(2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选，填正确答案标号）。A．B．C．D．(3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的图像如图3所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成（填“正比”或“反比”）；甲组所用的（填“小车”、“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。10．（2024年江西卷高考真题）某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图（a）所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。（1）实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。（2）小车的质量为。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出图像，如图（b）中图线甲所示。（3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，作出图像，如图（b）中图线乙所示。（4）与图线甲相比，图线乙的线性区间，非线性区间。再将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示（表中第组数据未列出）。序号12345钩码