2023年新教材高中物理第4章運動和力的關系2實驗：探究加速度與力質量的關系課后提升訓練新人教版必修第一冊

第四章2A組·基礎達標1．在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中：(1)某同學將實驗器材組裝成如圖所示的裝置圖，接通電源進行數據測量，該裝置中的明顯錯誤有()A．打點計時器的電源不應使用干電池，應使用交流電源B．小車初始位置離打點計時器太遠C．小盤里不該放鉤碼D．沒有墊高木板平衡摩擦力(2)改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗．圖中是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數點的時間間隔為0.1s，由圖中數據可得小車的加速度a為______m/s2.(結果保留兩位有效數字)(3)為保證繩子對小車的拉力約等于小盤和重物的總重力mg，小盤和重物的質量m與小車的質量M應滿足的關系是________．【答案】(1)ABD(2)0.20(3)m?M【解析】(1)實驗中的錯誤之處有：打點計時器沒有用交流電源；小車應靠近打點計時器；沒有墊高木板平衡摩擦力．故選ABD.(2)根據Δx＝aT2，運用逐差法得a＝eq\f(x4－x2－x2,4T2)＝eq\f(0.0404－0.0163－0.0163,4×0.12)m/s2≈0.20m/s2.2．為了探究質量一定時加速度與力的關系．一同學設計了如圖甲所示的實驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質量．m為沙和沙桶的質量．(滑輪質量不計)(1)實驗時，一定要進行的操作和保證的條件是________．A．用天平測出沙和沙桶的質量B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C．小車靠近打點計時器，先釋放小車，再接通電源，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數D．改變沙和沙桶的質量，打出幾條紙帶E．為減小誤差，實驗中一定要保證沙和沙桶的質量m遠小于小車的質量M(2)該同學在實驗中得到如圖乙所示的一條紙帶(相鄰兩計數點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據紙帶可求出小車的加速度為__________m/s2(結果保留兩位有效數字)．(3)以彈簧測力計的示數F為橫坐標，加速度a為縱坐標，畫出的a-F圖像如圖丙所示，由圖像可知，質量不變的物體受到的合外力F與產生的加速度a成________(填“正比”或“反比”)．【答案】(1)BD(2)1.3(3)正比【解析】(1)本實驗中細線的拉力由彈簧測力計直接測出，不需要用天平測出沙和沙桶的質量，也就不需要使沙和沙桶的質量m遠小于小車的質量M，故A、E錯誤．先拿下沙桶，然后將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，故B正確．打點計時器運用時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實驗探究加速度與力和質量的關系，要同時記錄彈簧測力計的示數，故C錯誤．要改變沙和沙桶質量，從而改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關系，故D正確．(2)由于兩計數點間還有二個點沒有畫出，故相鄰計數點的時間間隔為T＝0.06s，由Δx＝aT2可得a＝eq\f(2.8＋3.3＋3.8－1.4＋1.9＋2.3,3×0.062)×10－2m/s2≈1.3m/s2.3．如圖所示是小明同學探究加速度與力的關系的實驗裝置．他在氣墊導軌上安裝了一個光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放．(1)小明用游標卡尺測量遮光條的寬度d.(2)實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量c是______________(用文字表述)．滑塊通過光電門的速度為________(用已知量表示)．(3)小亮同學認為：無須測出上述c和d，只要畫出以F(力傳感器示數)為橫坐標、以________為縱坐標的圖像就能直接反映加速度與力的關系．(4)下列實驗操作和要求正確的是________(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)．A．應將氣墊導軌調節(jié)水平B．應測出鉤碼和力傳感器的總質量C．應使A位置與光電門間的距離適當大些D．應使滑塊質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量【答案】(2)遮光條到光電門的距離eq\f(d,t)(3)eq\f(1,t2)(4)AC【解析】(2)實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，滑塊經過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經過光電門的平均速度，根據運動學公式得若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是遮光條在A處到光電門的距離L；滑塊經過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經過光電門的平均速度，即v＝eq\f(d,t).(3)由勻變速直線運動的速度位移公式知，加速度a＝eq\f(v2,2L)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2,2L)＝eq\f(d2,2Lt2)，由牛頓第二定律得F＝Ma＝Meq\f(d2,2Lt2)，則eq\f(1,t2)＝eq\f(2L,Md2)F，應作出eq\f(1,t2)-F圖像．(4)因為氣墊導軌摩擦力小，可以忽略，不需要平衡摩擦力．故實驗前應將氣墊導軌調節(jié)水平，A正確；滑塊受到的拉力可以由傳感器測出，實驗不需要測出鉤碼和力傳感器的總質量，故B錯誤；為減小實驗誤差，應使A位置與光電門間的距離適當大些，故C正確；滑塊受到的拉力可以由傳感器測出，不需要使滑塊質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量，故D錯誤．B組·能力提升4．如圖所示，在探究加速度與力的關系的實驗中，將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的重物．把木板一端墊高，以平衡摩擦力．兩小車后端各系一條細線，用黑板擦把兩條細線同時按壓在木板上．抬起黑板擦，兩小車開始運動，按下黑板擦，兩小車停下來．小車受到的拉力分別為F1和F2，加速度分別為a1和a2，位移分別為x1和x2，某小組的同學通過改變拉力大小獲得實驗數據如表格所示．在該實驗的分析中正確的是()實驗次數小車拉力F/N位移x/cm1甲0.122.5乙0.243.52甲0.229.0乙0.343.03甲0.341.0乙0.455.4A．若eq\f(x1,x2)＝eq\f(a1,a2)，兩個小車必須從靜止開始運動，但運動時間可以不同B．若eq\f(x1,x2)＝eq\f(a1,a2)，兩個小車不必從靜止開始運動，但運動時間必須相同C．通過第一組數據可知，在誤差允許范圍內，當F2＝2F1時，x2＝2x1，a2＝2a1仍說明加速度與力成正比D．通過第一組數據的乙和第二組數據的甲相比，當F1＝F2時，位移明顯不同，顯然是實驗誤差造成的【答案】C【解析】根據同時開始運動，同時停止，說明初速度為零，時間相等