《2 实验：探究加速度与力质量的关系》（同步训练）高中物理必修1-苏教版-2024-2025学年

《2实验：探究加速度与力质量的关系》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在探究加速度与力的关系实验中，如果不改变质量而增加拉力，物体的加速度将会如何变化？A、减小B、增大C、不变D、无法确定2、在探究加速度与质量的关系实验中，如果保持拉力不变而增加物体的质量，物体的加速度将会如何变化？A、减小B、增大C、不变D、无法确定3、一位物理教师将小车、滑轮、细线等实验器材放在演示桌上，让学生进行“探究加速度与力、质量的关系”实验。以下关于该实验的操作，正确的选项是（）A、将小车固定在粗糙的实验平台上，确保小车在水平方向受到的摩擦力与外力平衡B、将小车连接细线并通过定滑轮连接砝码，探究小车受拉力与其加速度的关系C、改变小车质量，固定拉力大小，探究小车加速度与其质量的关系D、多次改变小车质量，固定拉力大小，探究小车加速度与其质量的关系4、进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，以下关于数据处理方法的描述，正确的是（）A、绘制加速度-力图像，判断加速度与力的关系B、绘制质量-加速度图像，判断加速度与质量的关系C、通过计算不同力下小车的加速度值，作出加速度与力的图像D、通过计算不同质量下小车的加速度值，作出加速度与质量的图像5、某实验小组在探究加速度与力和质量关系的实验中，保持小车质量不变，逐渐增加绳子上悬挂的钩码数量，观察到小车的加速度随钩码数量的增加而增大。若单位钩码的质量为m，每次增加的钩码数量相同，小车的质量为M，重力加速度为g，根据实验现象，下面哪个选项是正确的描述了绳子上钩码的重力F对小车加速度a的影响？A、F=mg，a=0B、F=mg，a与mg成正比C、F>mg，a与F成反比D、F=mg，a与M成反比6、在上述实验中，小车匀加速运动时，若保持钩码的质量m不变，而仅改变小车的质量M，观察到加速度a的变化。在加速度a与小车质量M的关系图象上表现为怎样的线性关系图示？A、一条斜率为负的直线B、一条斜率为正的直线C、一条圆弧曲线D、一条斜率为零的直线7、在探究加速度与力质量的关系实验中，以下哪个因素是通过改变来直接影响加速度的？A、实验仪器的种类B、实验操作的先后顺序C、质量物体的总质量D、作用力的方向二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在探究加速度与力的关系实验中，以下哪些操作是正确的：A、保证小车的质量不变，改变拉力B、保证拉力不变，改变小车的质量C、同时改变拉力和小车的质量D、保持拉力和小车的质量都恒定2、关于探究加速度与质量的关系实验，以下说法正确的是：A、在相同拉力的作用下，质量越大，加速度越大B、在相同拉力的作用下，质量越大，加速度越小C、质量对加速度的影响可以通过拉力与加速度成正比的方法来测试D、质量对加速度的影响可以通过拉力与质量成反比的方法来测试3、在“探究加速度与力质量的关系”实验中，以下哪些因素会影响实验结果？（）A.使用的砝码质量B.实验中拉力的方向C.小车的质量D.小车与轨道之间的摩擦力E.实验环境的温度三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：某同学在“探究加速度与力质量的关系”的实验中，使用了气垫导轨、滑块、沙桶、细绳和光电门等实验器材。若该同学测得滑块在不同力的作用下沿气垫导轨的加速度及对应的力（用挂载在滑块上的沙桶中的沙子重力代替），得到以下数据（沙桶的质量m可忽略）：桶中沙子质量m（kg）0.51.01.52.0力F（N）4.89.714.519.3时间t1（s）0.20.20.20.2时间t2（s）0.81.21.62.0加速度a（m/s²）6.07.99.010.0假设气垫导轨足够长，滑块做匀加速运动，且空气阻力忽略不计，计算加速度，并分析实验误差来源。请回答以下问题：1.从上述数据中，计算出每个桶中沙子质量对应滑块的加速度。2.请分析实验误差的可能来源，并提出三点改进措施。第二题题目：一个物体在水平面上受到大小为F的水平拉力作用，从静止开始做匀加速直线运动。已知物体的质量为m，经过时间t后，物体的速度达到v。假设物体与水平面之间的摩擦可以忽略不计，求解下列问题：1.写出物体所受合力的表达式，并说明其方向。2.利用牛顿第二定律，推导出加速度a与力F和质量m之间的关系。3.如果已知F=10N，m=2kg，t=5s，计算物体最终的速度v。4.在上述条件下，如果想要使物体的最终速度加倍，仅通过改变作用力F来实现，新的力F’应该是多少？第三题实验中，为了探究加速度与力、质量的关系，某小组同学进行了一系列实验。实验数据如下表所示：物体质量m/kg施加的力F/N测得的加速度a/m·s²2105315542055255请根据以上数据，完成以下要求：（1）根据实验数据，写出加速度与力、质量之间的关系式。（2）在实验过程中，若将物体质量减少到1kg，施加的力增加到30N，求此时物体的加速度。（3）若在实验过程中，物体的质量保持不变，将施加的力增加到40N，求此时物体的加速度。第四题题目：一个质量为m的物体放在光滑水平面上，受一个恒定的水平力F作用，从静止开始加速。已知该物体的加速度为a。当这个物体的质量变为2m时，为了使加速度仍然保持为a，施加的水平力需要调整到多大？第五题实验中，同学甲和同学乙进行了如下操作：1.同学甲将小车放在斜面的顶端，释放小车，观察小车下滑过程，记录下小车通过不同距离时的速度。2.同学乙将相同的小车放置在同一斜面上，通过挂在小车上的钩码对小车的质量进行调节，观察小车下滑时的加速度，记录数据。请回答以下问题：（1）同学甲在实验过程中，小明发现小车下滑时，斜面有一定的摩擦力影响，为了减小摩擦力的影响，他应该采取什么措施？（2）根据同学乙的实验数据，如果小车下滑的加速度与钩码质量的增加呈线性关系，请根据实验结果描述这种现象，并解释其原因。（3）同学丙在实验过程中，想要验证加速度与质量的关系，他改变了斜面的倾角，结果发现加速度的变化与预期的相反。请分析可能导致这种情况的原因。（4）根据实验数据，如何计算小车的加速度？（5）如果有两个质量不同的小车，分别为m1和m2，且在相同斜面上，施加相同的力F使它们运动，试推导出两个小车加速度之间的关系式。《2实验：探究加速度与力质量的关系》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在探究加速度与力的关系实验中，如果不改变质量而增加拉力，物体的加速度将会如何变化？A、减小B、增大C、不变D、无法确定答案：B解析：根据牛顿第二定律F=ma，在质量不变的情况下，增加力F2、在探究加速度与质量的关系实验中，如果保持拉力不变而增加物体的质量，物体的加速度将会如何变化？A、减小B、增大C、不变D、无法确定答案：A解析：根据牛顿第二定律F=ma，在力F不变的情况下，增加质量m3、一位物理教师将小车、滑轮、细线等实验器材放在演示桌上，让学生进行“探究加速度与力、质量的关系”实验。以下关于该实验的操作，正确的选项是（）A、将小车固定在粗糙的实验平台上，确保小车在水平方向受到的摩擦力与外力平衡B、将小车连接细线并通过定滑轮连接砝码，探究小车受拉力与其加速度的关系C、改变小车质量，固定拉力大小，探究小车加速度与其质量的关系D、多次改变小车质量，固定拉力大小，探究小车加速度与其质量的关系答案：D解析：本实验为探究加速度与力、质量的关系，应多次改变小车质量，固定拉力大小，从而探究小车加速度与其质量的关系。A选项，小车不应固定在粗糙的实验平台上，因为这样会阻碍实验的进行。B选项，拉力的大小也会影响实验结果，故不能固定拉力大小。C选项，虽然探究了加速度与质量的关系，但没有控制拉力大小，因此不能完整地探究加速度与力、质量的关系。故选D。4、进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，以下关于数据处理方法的描述，正确的是（）A、绘制加速度-力图像，判断加速度与力的关系B、绘制质量-加速度图像，判断加速度与质量的关系C、通过计算不同力下小车的加速度值，作出加速度与力的图像D、通过计算不同质量下小车的加速度值，作出加速度与质量的图像答案：D解析：在处理“探究加速度与力、质量的关系”实验数据时，应通过计算不同质量或不同力下小车的加速度值，然后绘制加速度与质量或加速度与力的图像，以探究它们之间的关系。A选项，加速度与力之间的关系应通过图像来判断，而不是直接判断。B选项，绘制质量-加速度图像无法判断加速度与质量的关系。C选项，虽然提到了计算加速度，但没有明确提到绘制图像，所以不够准确。故选D。5、某实验小组在探究加速度与力和质量关系的实验中，保持小车质量不变，逐渐增加绳子上悬挂的钩码数量，观察到小车的加速度随钩码数量的增加而增大。若单位钩码的质量为m，每次增加的钩码数量相同，小车的质量为M，重力加速度为g，根据实验现象，下面哪个选项是正确的描述了绳子上钩码的重力F对小车加速度a的影响？A、F=mg，a=0B、F=mg，a与mg成正比C、F>mg，a与F成反比D、F=mg，a与M成反比答案：B解析：根据牛顿第二定律F=ma，当小车质量M保持不变，加速度a的变化与作用在其上的力F成正比。题干中提到每次增加相同数量的钩码来产生一定的拉力F，所以F=mg。加速度a与F成正比，即a与F/mg成正比，也就是a与mg成正比。6、在上述实验中，小车匀加速运动时，若保持钩码的质量m不变，而仅改变小车的质量M，观察到加速度a的变化。在加速度a与小车质量M的关系图象上表现为怎样的线性关系图示？A、一条斜率为负的直线B、一条斜率为正的直线C、一条圆弧曲线D、一条斜率为零的直线答案：B解析：根据实验目的以及牛顿第二定律，a=F/M。因为小车的加速度a正比于作用力F，反比于小车质量M。即a与1/M成正比，这也意味着a与M成反比，因此加速度a随小车质量M的增加而减小，即a—M关系图是一条斜率为正的直线。7、在探究加速度与力质量的关系实验中，以下哪个因素是通过改变来直接影响加速度的？A、实验仪器的种类B、实验操作的先后顺序C、质量物体的总质量D、作用力的方向答案：C解析：在本实验中，加速度与力、质量的关系是牛顿第二定律的核心内容，即F=ma（力等于质量乘以加速度）。因此，影响加速度的直接因素是通过改变质量（C选项）。改变实验仪器的种类（A选项）和实验操作的先后顺序（B选项）可能会影响实验结果，但不是直接影响加速度的因素。作用力的方向（D选项）影响加速度的方向，但并不改变加速度的大小。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在探究加速度与力的关系实验中，以下哪些操作是正确的：A、保证小车的质量不变，改变拉力B、保证拉力不变，改变小车的质量C、同时改变拉力和小车的质量D、保持拉力和小车的质量都恒定正确答案：A、B解析：在探究加速度与力的关系实验中，应当保持一个量不变，通过改变另一个量来观察其对加速度的影响。因此，正确选项应该是分别保持小车的质量不变和拉力不变，然后观察加速度的变化。选项C和D不符合单因子变量控制这一科学实验的基本原则。2、关于探究加速度与质量的关系实验，以下说法正确的是：A、在相同拉力的作用下，质量越大，加速度越大B、在相同拉力的作用下，质量越大，加速度越小C、质量对加速度的影响可以通过拉力与加速度成正比的方法来测试D、质量对加速度的影响可以通过拉力与质量成反比的方法来测试正确答案：B、D解析：根据牛顿第二定律F=ma，加速度a与力F成正比，与质量m成反比。因此，在保持拉力不变的情况下，质量越大，加速度a越小。若要通过实验来验证质量对加速度的影响，可以采用拉力与质量成反比的方法来观察加速度的变化。选项B和D正确描述了这一关系，而选项A和C则与物理定律相悖。3、在“探究加速度与力质量的关系”实验中，以下哪些因素会影响实验结果？（）A.使用的砝码质量B.实验中拉力的方向C.小车的质量D.小车与轨道之间的摩擦力E.实验环境的温度答案：A、C、D、E解析：在“探究加速度与力质量的关系”实验中，实验结果会受到以下因素的影响：A.使用的砝码质量：砝码的质量会直接影响小车所受的拉力大小，进而影响实验结果。C.小车的质量：小车的质量会直接影响到实验中加速度与力的关系，因此小车的质量也会影响实验结果。D.小车与轨道之间的摩擦力：摩擦力会影响小车在实验中的运动状态，进而影响实验结果。E.实验环境的温度：温度的变化会影响小车与轨道之间的摩擦力，从而影响实验结果。B.实验中拉力的方向：在本实验中，拉力的方向保持一致，因此不会影响实验结果。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：某同学在“探究加速度与力质量的关系”的实验中，使用了气垫导轨、滑块、沙桶、细绳和光电门等实验器材。若该同学测得滑块在不同力的作用下沿气垫导轨的加速度及对应的力（用挂载在滑块上的沙桶中的沙子重力代替），得到以下数据（沙桶的质量m可忽略）：桶中沙子质量m（kg）0.51.01.52.0力F（N）4.89.714.519.3时间t1（s）0.20.20.20.2时间t2（s）0.81.21.62.0加速度a（m/s²）6.07.99.010.0假设气垫导轨足够长，滑块做匀加速运动，且空气阻力忽略不计，计算加速度，并分析实验误差来源。请回答以下问题：1.从上述数据中，计算出每个桶中沙子质量对应滑块的加速度。2.请分析实验误差的可能来源，并提出三点改进措施。答案：1.根据加速度公式a=首位两列数据用于计算位移变化，根据公式x=可以通过差分法求得加速度的近似值：当沙子质量为0.5kg时，假设初始位移为0，末位移为0.5*9.7/2=2.425m，前一次位移为0，那么加速度a当沙子质量为1.0kg时，末位移为0.5*9.7/2=4.85m，前一次为2.425m，这符合之前计算的结果，加速度a重复上述计算方法，对于其他数据点也同样适用。2.可能存在的实验误差来源包括：可能存在摩擦力：导轨虽为气垫导轨，但实际中仍有少量空气摩擦等阻力。设备存在误差：导轨、滑块、光电门等可能不完全精密，定位、读数存在误差。空气阻力：导轨虽尽可能模拟光滑平面，但仍然存在空气阻力。改进措施：调整实验装置：确保导轨完全水平无倾斜，减小摩擦阻力。提高实验精度：使用更高精度的光电门、气垫导轨等器材。增加数据点：扩大取样频率，反复实验以消除随机误差的影响。解析：1.通过给定的实验数据和运动学公式来计算加速度。对于匀加速运动，可以用简化的位移公式计算加速度（不需要精确测量最终速度），用第二次测量点的位移减去第一次测量点的位移，再除以时间差的平方。这一步直接运用了质点在光滑气垫导轨上近似匀加速运动的情况。2.实验误差来源于多个方面，首先分析并指出这些误差来源，可以帮助大家理解实验过程中的不确定性。干扰因素应尽力排除或适当补偿，才能更准确地获得实验结果。改进措施则是从实验设计与执行的各个环节提出方法，既减少了可能的误差来源，也增加了实验的准确性和可靠性。第二题题目：一个物体在水平面上受到大小为F的水平拉力作用，从静止开始做匀加速直线运动。已知物体的质量为m，经过时间t后，物体的速度达到v。假设物体与水平面之间的摩擦可以忽略不计，求解下列问题：1.写出物体所受合力的表达式，并说明其方向。2.利用牛顿第二定律，推导出加速度a与力F和质量m之间的关系。3.如果已知F=10N，m=2kg，t=5s，计算物体最终的速度v。4.在上述条件下，如果想要使物体的最终速度加倍，仅通过改变作用力F来实现，新的力F’应该是多少？答案：1.物体所受合力的表达式及其方向：物体所受的合力即为水平拉力F，因为假设了摩擦可以忽略不计，所以没有其他水平方向的力作用于物体上。因此，合力的大小就是F，方向与拉力的方向相同，即沿水平方向向前。2.加速度a与力F和质量m之间的关系：根据牛顿第二定律F=ma3.计算物体最终的速度v：由上一问可知，a=由于物体从静止开始运动，初速度v0=0，根据匀加速直线运动的速度公式v因此，物体最终的速度v为25m/s。4.新的力F’的计算：要使物体的最终速度加倍，即新的速度v′保持加速度的时间t不变，根据v′=v根据a′=F因此，为了使物体的最终速度加倍，在其他条件不变的情况下，新的力F’应该增加到20N。解析：本题考察了学生对牛顿第二定律的理解和应用能力，以及如何利用基本的物理公式解决实际问题的能力。通过分析物体在特定条件下的运动状态，不仅加深了对物理概念的认识，还锻炼了解决问题的逻辑思维能力。在解答过程中，正确地应用了牛顿第二定律和匀加速直线运动的相关公式，从而准确地求解了物体的加速度、最终速度以及为了达到特定效果所需的作用力。第三题实验中，为了探究加速度与力、质量的关系，某小组同学进行了一系列实验。实验数据如下表所示：物体质量m/kg施加的力F/N测得的加速度a/m·s²2105315542055255请根据以上数据，完成以下要求：（1）根据实验数据，写出加速度与力、质量之间的关系式。（2）在实验过程中，若将物体质量减少到1kg，施加的力增加到30N，求此时物体的加速度。（3）若在实验过程中，物体的质量保持不变，将施加的力增加到40N，求此时物体的加速度。答案：（1）加速度与力、质量之间的关系式为：a=F/m。（2）将物体质量减少到1kg，施加的力增加到30N时，此时物体的加速度为：a=F/m=30N/1kg=30m/s²。（3）若在实验过程中，物体的质量保持不变，将施加的力增加到40N，此时物体的加速度为：a=F/m=40N/2kg=20m/s²。解析：（1）由实验数据可知，加速度与力、质量之间的关系为：a=F/m。（2）根据关系式a=F/m，将物体质量减少到1kg，施加的力增加到30N，代入关系式中计算得到加速度为30m/s²。（3）由关系式a=F/m可知，当物体的质量保持不变时，加速度与施加的力成正比。因此，将施加的力增加到40N时，加速度也会相应增加。代入关系式中计算得到加速度为20m/s²。第四题题目：一个质量为m的物体放在光滑水平面上，受一个恒定的水平力F作用，从静止开始加速。已知该物体的加速度为a。当这个物体的质量变为2m时，为了使加速度仍然保持为a，施加的水平力需要调整到多大？答案：为了使加速度保持不变（仍为a），施加在物体上的力必须变为原来的2倍，即新的水平力为2F。解析：1.初始情况分析：根据牛顿第二定律F=ma2.调整情况分析：当物体的质量增加到2m时，为了使加速度仍然保持为a，我们可以设新的力为F’，根据牛顿第二定律有F′3.计算新力：从F=ma所以，新的水平力F′因此，为了使加速度保持为原来的a，当物体的质量变为2m时，需要施加的水平力应调整到2F。答案解析完整结束。第五题实验中，同学甲和同学乙进行了如下操作：1.同学甲将小车放在斜面的顶端，释放小车，观察小车下滑过程，记录下小车通过不同距离时的速度。2.同学乙将相同的小车放置在同一斜面上，通过挂在小车上的钩码对小车的质量进行调节，观察小车下滑时的加速度，记录数据。请回答以下问题：（1）同学甲在实