新教材--4.2节探究加速度与力、质量的关系专题训练(基础+创新)附答案

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系专题训练一、基础题型1．如图所示，在探究加速度与力、质量的关系的演示实验中，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)A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x12．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(BCD)A．“平衡摩擦力”的本质就是想办法让小车受到的摩擦力为零B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定3．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法正确的是(BD)A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D ．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4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图甲所示的装置。

(1) 在探究加速度与力的关系时，若取车的质量M ＝0.5 kg ，改变砝码质量m 的值，进行多次实验，以下m的取值最不合适的一个是D 。

A. m 1＝4 gB. m 2＝10 gC. m 3＝40 gD. m 4＝500 g(2) 在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。

计时器打点的时间间隔为0.02 s 。

从比较清晰的点起，每隔4个点取一个计数点， 量出相邻计数点之间的距离，根据图中给出的数据求出该小车的加速度a ＝ 4.2m/s 2(结果保留两位有效数字)。

5. 在“探究加速度与力、质量关系”的实验中一小组在该实验中得到了如下一组实验数据①请在右图所示的坐标中画出a —F 图线.②根据图象判定：当m 一定时，a 与F 的关系为______________________．③若甲、乙两同学在实验过程中，由于没有按照正确步骤进行实验，处理数据后得出如图所a /(m·s －2) 1.98 4.06 5.95 8.12F /N 1.00 2.00 3.00 4.00示的a－F图象．试分析甲、乙两同学可能存在的问题：甲：__________________________________________；乙：__________________________________________.答案：成正比平衡摩擦力过度没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不彻底6. (1)我们已经知道，物体的加速度α同时跟合外力F和质量M两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想是____________。

(2)某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施:a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是__________________。

b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_________________。

(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种:A.利用公式a=2x/t2计算B.根据逐差法利用a=Δx/t2计算两种方案中，选择方案____________比较合理。

答案：（1）控制变量法（2）平衡摩擦力沙桶的重力（3）B7. 为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图所示的实验装置:(1)以下实验操作正确的是____________。

A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行c.先接通电源后释放小车D.实验中小车的加速度越大越好(2)在实验中，得到一条如图7所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s且间距.门、.巧、.、.4、X5、xg已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、 3.77 cm、 4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm则小车的加速度a=___________。

(结果保留两位有效数字)(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度α与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图8所示.图线是在轨道倾斜情况下得到的(填“①”或“②”);小车及车中砝码的总质量m=____ kg.答案：5、（1）BC （2）0.34 （3） 0.58.某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．（1）下列做法正确的是________ （选填字母代号）．A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________ m乙，μ甲________ μ乙．（选填“大于”“小于”或“等于”）【答案】AD 远小于小于大于【解析】（2）[2]．由整体法和隔离法得到细绳中的拉力F＝Ma＝MmgM m+＝11mM+mg，可见，当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于木块和木块上砝码的总质量M时，可得F≈mg.（3）[3]．不平衡摩擦力，则F－μmg＝ma，a＝Fm－μg，图象的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲<m乙，μ甲>μ乙．9．在《探究加速度与力、质量的关系》实验中采用如图所示的装置．（1）本实验应用的实验方法是_________A．假设法B．理想实验法C．控制变量法D．等效替代法（2）下列说法中正确的是________（选不全得1分）A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D．在每次实验中，应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量（3）如下图所示是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带，取计数点A、B、C、D、E．纸带上两相邻计数点的时间间隔为T = 0.10s，用刻度尺测量出各相邻计数点间的距离分别为AB=1.21cm，BC=1.83 cm，CD=2.41 cm，DE=3.03 cm，则小车运动的加速度大小a=__________m/s2，打纸带上B点时小车的瞬时速度大小Bv=__________________m/s．(结果均保留两位小数)（4）某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据后,依照数据正确画出a-F图像如图所示，（小车质量保持不变）图线不过原点的原因可是____________________________________________________【答案】C BD 0.60 0.15 “平衡摩擦力不足”（或“未平衡摩擦力”或“木板垫得不够高”）二、创新题型1、如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．（1）下列说法正确的是______．A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C．本实验m2应远小于m1D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中______ （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的﹣a图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=_____．答案：、 D 丙 C【详解】（3）根据牛顿第二定律可知变形结合图象可得：斜率，截距，所以小车与木板间的动摩擦因数为2、在“探究物体质量一定时加速度与力的关系”实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了用力传感器来测细线中的拉力．(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是________．A．必须用天平测出砂和砂桶的质量B．一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量C．应当先释放小车，再接通电源D．需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带E.实验中需要将小车轨道适当倾斜以平衡摩擦力F.实验中小车应从靠近打点计时器位置静止释放(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，打下B点时，小车运动的速率是_____m/s．小车运动的加速度大小是______m/s2.（计算结果保留三位有效数字）(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示．则小车与轨道的滑动摩擦力F f=____N.答案： DEF 0.721 2.40 1.0【详解】(1)AB．对小车的拉力是通过力传感器得到的，故无需测量沙和沙桶的质量，也不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，故AB错误；C．使用打点计时器，应先接通电源，在释放小车，故C错误；D．探究物体质量一定时加速度与力的关系，要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确；E．由于实验要求研究小车的合外力与加速度的关系，需要排除与轨道的滑动摩擦力的影响，所以实验中需要将长木板倾斜，以平衡摩擦力，故E正确；F．在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，故F正确；(3)根据牛顿第二定律可知：解得：3、如图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下，物体加速度与质量的关系的实验装置．实验步骤如下：①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平；②用游标卡尺测出挡光条的宽度为l；③由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离为s；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动后释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M；⑦改变滑块的质量重复步骤④⑤⑥进行多次实验．据上述实验完成下列问题：⑴关于实验操作，下列说法正确的是_______；A．应先接通光电门后释放滑块B．调节气垫导轨水平时，应挂上砝码C．应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行D．每次都应将滑块从同一位置静止释放⑵用测量物理量的字母表示滑块加速度a＝_______⑶由图乙画出-M的图线(实线)，可得到砝码和砝码盘的总重力G＝_______N⑷在探究滑块加速度a和质量M间的关系时，根据实验数据画出如图乙所示的-M图线，发现图线与理论值(虚线)有一定的差距，可能原因是___________________________答案：AC 2.5N(2.3～2.7N均可) 没有选取滑块和砝码一起作为研究对象（或M没有加上砝码和砝码盘的质量）【详解】⑶在-M图象中，图线的斜率表示了滑块所受作用力的倒数，即为，因此有：G＝＝2.5N(2.3～2.7N均可)⑷图象出现了纵截距，原因是没有选取滑块和砝码一起作为研究对象（或M没有加上砝码和砝码盘的质量）4、如图甲(侧视图只画了一个小车)所示的实验装置可以验证“牛顿第二定律”，两个相同的小车放在光滑水平桌面上，右端各系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个小盘增减盘中的砝码可改变小车受到的合外力，增减车上的砝码可改变小车的质量。