高中物理人教必修一4. 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系解析版

1、人教版高一物理必修第一冊(cè)課堂同步精選練習(xí)4.2實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（解析版）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,如圖所示是某同學(xué)正要釋放小車的情形,下列說法正確的是() A.應(yīng)把長(zhǎng)木板水平放置 B.應(yīng)使小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器遠(yuǎn)些C.應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在直流電源上 D.應(yīng)調(diào)整滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板表面平行【答案】D【解析】實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意操作事項(xiàng),為了使繩子的拉力充當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)的合力,應(yīng)調(diào)整滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板表面平行。在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟中,下列做法正確的是()A.同時(shí)改變拉力F和小車質(zhì)量m的大小B.先保持小車質(zhì)量m不變,研究加速度a與拉力F的關(guān)系,再保持F不變,研

2、究a與m的關(guān)系,最后導(dǎo)出a與m及F的關(guān)系。C.只改變拉力F的大小,小車質(zhì)量m的大小始終保持不變D.只改變小車質(zhì)量m的大小,拉力F的大小始終保持不變【答案】B【解析】實(shí)驗(yàn)中變量較多時(shí),采用控制變量法,即先保持一個(gè)變量不變,研究另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系。某同學(xué)采用如圖(1)所示的裝置探究物體的加速度與所受合力的關(guān)系。用砂桶和砂的重力充當(dāng)小車所受合力F;通過分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,測(cè)量加速度a。作出圖(2)所示a-F圖象,根據(jù)圖象中的點(diǎn)跡,判斷造成這種結(jié)果的原因可能是() 圖(1) 圖(2)A.在平衡摩擦力時(shí)將木板右端墊的過低B.沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力時(shí)將木板右端墊的過低C.測(cè)量小車的質(zhì)量或者

3、加速度時(shí)的偶然誤差過大D.砂桶和砂的質(zhì)量過大,不滿足砂桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件【答案】D【解析】圖象不經(jīng)過原點(diǎn),拉力為零,加速度不為零,可知平衡摩擦力過度,即木板傾角過大;曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象,隨著F的增大,即砂和砂桶質(zhì)量的增大,不再滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件,故D正確。在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置與方案。本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是通過黑板擦控制兩小車的啟動(dòng)與停止,將測(cè)量?jī)绍嚨募铀俣绒D(zhuǎn)換為測(cè)量?jī)绍嚨奈灰?。?shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量的物理量是()A.小車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 B.小車通過的位移C.盤和盤中重物的總質(zhì)量 D.車和車上重物的總質(zhì)量【答案】A【解析】黑板擦

4、控制兩小車同時(shí)啟動(dòng)與停止,所用時(shí)間相同,所以不用測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。將測(cè)量?jī)绍嚨募铀俣绒D(zhuǎn)換為測(cè)量?jī)绍嚨奈灰?即實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量?jī)绍嚨奈灰啤Ｔ诔跛俣葹榱愕膭蜃兯僦本€運(yùn)動(dòng)中,時(shí)間相等,位移與加速度成正比,小車1、2的加速度之比a1/a2=s1/s2,要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰獪y(cè)量車和車上重物及盤和盤中重物的總質(zhì)量。故A正確。在“探究物體加速度與外力關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中 (1)根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出a-F圖線,若作出的a-F圖線如圖甲所示,這是由造成的,若作出的a-F圖線如圖乙所示,這是由造成的。A.在平衡摩擦力時(shí),把長(zhǎng)木板的末端抬得過高了B.由于砂及砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.由于砂及砂桶質(zhì)量較大,不能很好滿足遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

5、小車的質(zhì)量D.實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力(2)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,將實(shí)驗(yàn)器材組裝成如圖丙所示,請(qǐng)你指出該裝置中的錯(cuò)誤或不妥之處(只要指出兩處錯(cuò)誤或不妥之處即可):_?！敬鸢浮?1)AC (2)見解析【解析】(1)圖甲a-F圖線不經(jīng)過原點(diǎn),當(dāng)F=0時(shí),a0,也就是當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí),小車的加速度不為0,說明小車受到的摩擦力小于重力的分力,造成的原因是實(shí)驗(yàn)時(shí)平衡摩擦力木板墊的過高,傾角過大。圖乙圖線上部彎曲,即當(dāng)拉力較大時(shí)加速度a與力F不成正比,這是由于沒有滿足實(shí)驗(yàn)過程中小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砂桶及砂的總質(zhì)量m這一條件造成的,故選A、C。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電,電源應(yīng)該是46 V交流電;小車

6、應(yīng)該?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,以提高紙帶的使用效率;沒有抬起木板右端用來(lái)平衡摩擦力。6. 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中。(1)某組同學(xué)用如圖所示裝置,采用控制變量的方法,來(lái)研究在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與小車受到的力的關(guān)系。下列措施中不需要和不正確的是。A.首先要平衡摩擦力,使小車受到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車的拉力B.平衡摩擦力的方法就是在塑料桶中添加砝碼,使小車能勻速滑動(dòng)C.每次改變小車受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力D.實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來(lái)改變小車受到的拉力E.每次小車都要從同一位置開始運(yùn)動(dòng)F.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先放小車,然后再開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(2)某組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)

7、,畫出a-F圖象如圖所示,那么該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題可能是。 A.實(shí)驗(yàn)中摩擦力沒有平衡B.實(shí)驗(yàn)中摩擦力平衡過度C.實(shí)驗(yàn)中繩子拉力方向沒有跟平板平面平行D.實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量發(fā)生變化【答案】(1)BCEF(2)B【解析】(1)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力,實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來(lái)改變小車受到的拉力,則A、D正確。平衡摩擦力的方法是改變斜面的傾角,使小車能勻速下滑,則B錯(cuò)。每次改變小車受到的拉力后,不需要重新平衡摩擦力,則C錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)不需要小車都從同一位置開始運(yùn)動(dòng),則E錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放小車,則F錯(cuò)。故選BCEF。(2)由題中圖象可知,當(dāng)拉力F為0

8、時(shí),小車已經(jīng)有加速度,則可能是斜面傾角過大,即實(shí)驗(yàn)中摩擦力平衡過度。7. 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,采用如圖甲所示的裝置。(1)實(shí)驗(yàn)過程中,電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)接在(選填“直流”或“交流”)電源上。(2)某小組在“探究質(zhì)量一定時(shí),加速度與合力成正比”實(shí)驗(yàn)中,測(cè)出多組數(shù)據(jù),作出了如圖乙所示的圖象,已知實(shí)驗(yàn)過程中細(xì)線與木板始終保持平行,則圖線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是,圖線上部彎曲的原因可能是。(3)如圖丙所示,為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分,0、1、2、3、4、5、6為依次選取的7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出。從紙帶上測(cè)出x1=3.20 cm,x2=4.52 cm,x5=8

9、.42 cm,x6=9.70 cm。則木塊加速度的大小a=m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 丙【答案】(1)交流(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足未滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊的質(zhì)量(3)1.3【解析】(1)電火花計(jì)時(shí)器是利用接正極的放電針和墨粉紙盤與接負(fù)極的紙盤軸產(chǎn)生火花放電,于是在紙帶上打出一系列的點(diǎn),而且在交流電的每個(gè)周期放電一次,因此電火花計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)間的時(shí)間間隔等于交流電的周期。(2)圖線與橫軸的交點(diǎn)不是坐標(biāo)原點(diǎn),意味著當(dāng)繩子的拉力不為零時(shí),物體的加速度仍然為零,合外力仍然為零,即物體仍然受到木板的摩擦力,所以實(shí)驗(yàn)者可能是沒有平衡摩擦力,也可能是已平衡了摩擦力但平衡摩擦力不足。以

10、整體為研究對(duì)象有mg=(M+m)a,則有a=mgM+m=g1+Mm,而在實(shí)驗(yàn)的過程中,我們認(rèn)為繩子的拉力F等于砝碼盤和砝碼的總重力,而實(shí)際上繩子的拉力F=Ma=MM+mmg,故要讓繩子的拉力F近似等于砝碼盤和砝碼的總重力,那么MM+m,故應(yīng)該是mM。而當(dāng)m不再遠(yuǎn)小于M時(shí),a=mgM+m=g1+Mm,隨著m的增大,物體的加速度逐漸增大且無(wú)限趨近于g,故圖線上部彎曲的原因可能是未滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊的質(zhì)量。(3)由于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出,故相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=50.02 s=0.1 s。應(yīng)該利用逐差法求物體的加速度:(x5-x1)+(x6-x2)=8aT2,解得

11、物體的加速度:a=x5+x6-x1-x28T2=0.084 2+0.097 0-0.032 0-0.045 280.12 m/s2=1.3 m/s2。某同學(xué)進(jìn)行“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí),(1)下列說法正確的是A.電磁式打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220 V交流電源B.先閉合電源開關(guān),讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后,再拖動(dòng)紙帶C.紙帶上的打點(diǎn)密集說明,紙帶運(yùn)動(dòng)速度較大D.從紙帶上能看清的點(diǎn)開始選擇計(jì)數(shù)點(diǎn),并測(cè)量處理數(shù)據(jù)(2)已知計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s,該同學(xué)按打點(diǎn)先后順序每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),得到了O、A、B、C、D等幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),如圖(1)所示,用刻度尺量得OA=1.50 cm、AB=1.

12、90 cm、BC=2.30 cm、CD=2.70 cm。由此可知,打C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為m/s。紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度大小為m/s2。 (3)另一同學(xué)利用如圖(2)所示的裝置測(cè)定導(dǎo)軌上滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度,滑塊上安裝了寬度為d的遮光板?；瑝K在牽引力作用下先后通過兩個(gè)光電門A、B,配套的數(shù)字毫秒計(jì)(圖中未畫出)記錄了遮光板通過第一個(gè)光電門A的時(shí)間為t1,則滑塊通過第一個(gè)光電門的速度表達(dá)式為vA=。若已知滑塊通過兩光電門速度分別為vA、vB,兩個(gè)光電門A、B間距離為L(zhǎng),則滑塊的加速度表達(dá)式為a= ?！敬鸢浮?1)BD(2)0.250.4(3)dt1vB2-vA22L【解析】(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)用低壓交流

13、電源;打點(diǎn)時(shí)應(yīng)先閉合電源開關(guān),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后,拖動(dòng)紙帶;紙帶上的打點(diǎn)密集說明在相等的時(shí)間內(nèi)位移較小,則紙帶運(yùn)動(dòng)速度較小;從紙帶上能看清的點(diǎn)開始選擇計(jì)數(shù)點(diǎn),并測(cè)量處理數(shù)據(jù)。故B、D正確。(2)每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),則相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T=0.1 s,由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的位移之差相等,x=0.4 cm,所以紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論有:vc=0.023+0.02720.1 m/s=0.25 m/s。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式x=aT2可以求出加速度的大小,得:a=0.0040.01 m/s2=0.4 m/s2。(3)由于遮光板通過光電門的時(shí)間很短,可以認(rèn)為滑塊在

14、這很短的時(shí)間內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng),也就是說用這段時(shí)間內(nèi)的平均速度代表瞬時(shí)速度,則有vA=dt1,根據(jù)2aL=vB2-vA2,有a=vB2-vA22L。9. 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來(lái)探究加速度與力的關(guān)系。輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)固定在一合適的木塊上,桌面的右邊緣固定一個(gè)光滑的定滑輪,細(xì)繩的兩端分別與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線P、Q,并測(cè)出間距d。開始時(shí)將木塊置于P處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木塊剛剛開始運(yùn)動(dòng)為止,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F0,以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小。再將木塊放回原處并按住,繼續(xù)向瓶中加水后,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,然后釋放木塊,并用秒表記下木塊從P運(yùn)動(dòng)到Q處的時(shí)間t。

15、(1)木塊的加速度可以用d和t表示為a=。(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn),確定加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F的關(guān)系。下圖中能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是。 (3)用加水改變拉力大小的方法與掛鉤碼的方法相比較,它的優(yōu)點(diǎn)是。A.可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小B.可以更方便地獲取更多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)C.可以更精確地測(cè)出摩擦力的大小D.可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度【答案】(1)2d/t2(2)C(3)BC【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式可知a=2d/t2。(2)因?yàn)橛心Σ亮Φ拇嬖?所有當(dāng)FF0時(shí),木板才產(chǎn)生加速度,隨著繼續(xù)向瓶中加水,礦泉水瓶的質(zhì)量不斷增加,不能滿足其質(zhì)量遠(yuǎn)小于木板的質(zhì)量的條件,圖象向下彎曲,所以

16、選C。(3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比水的質(zhì)量容易改變,可以更方便地獲取更多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以更精確地測(cè)出摩擦力的大小。10. 利用下圖裝置可以做力學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn)(1)以下說法正確的是。A.用此裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),必須平衡小車和滑軌間的摩擦力B.用此裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)線與滑軌平行C.用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),在每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)使盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)本裝置中要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,如圖所示為實(shí)驗(yàn)室常用的兩種計(jì)時(shí)器,其中甲裝置用的電源是。A.交流220 VB.直流220 VC.交流46 VD.直流46 V(3)在利用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),實(shí)驗(yàn)中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖丙所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電上,則此次實(shí)驗(yàn)的紙帶中,F點(diǎn)在刻度尺的對(duì)應(yīng)讀數(shù)為cm;小車的加速度大小為m/s2。丙【答案】(1)BD(2)A(3)4.002.5【解析】(1)用此裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),不需要平衡摩擦力,故A錯(cuò)誤。用