2024-2025學年新教材高中物理第5章牛頓運動定律2科學探究：加速度與力質量的關系練習含解析魯科版必修第一冊

PAGE8-第2節(jié)科學探究:加速度與力、質量的關系考點1加速度的測量1.(2024·山東臨沂一中周測)(多選)如圖5-2-1所示,在利用打點計時器和小車來做“探究加速度與力、質量的關系”的試驗時,下列說法中正確的是()。圖5-2-1A.平衡摩擦力時,應將鉤碼通過細繩系在小車上B.連接鉤碼和小車的細繩應跟長木板保持平行C.每次變更小車質量,必需重新平衡摩擦D.小車釋放前應靠近打點計時器,且應先接電源再釋放小車答案：BD解析：平衡摩擦力時,不能將鉤碼通過細繩系在小車上,A錯誤;繩子不與長木板平行時,合外力會是繩子拉力的水平分力,B正確;平衡摩擦后,總滿意(M+m)gsinθ=μ(M+m)gcosθ,不須重新平衡,C錯誤;先接通電源,使打點計時器穩(wěn)定后才能釋放小車,D正確。2.(2024·山東平度一中月考)如圖5-2-2所示,兩個相同的小車放在光滑的水平桌面上,前端各系一條細繩,繩子的另一端跨過光滑的定滑輪掛個小吊盤,增減吊盤內(nèi)的重物就可以變更小車受到的合外力。兩個小車后端各系一條細繩,用一塊黑板擦把兩條細繩同時壓在桌面上,使小車靜止,抬起黑板擦,兩車同時起先運動,經(jīng)過一小段時間,用黑板擦使兩車同時停下。某同學認為可以用此裝置驗證加速度a與合外力F的關系,下列關于試驗原理、操作和數(shù)據(jù)處理正確的是()。圖5-2-2A.因無法測量加速度,不能用此裝置驗證加速度a與合外力F的關系B.多次釋放小車的位置應保持相同C.若吊盤及重物質量m與小車位移x之比相等,說明加速度a與合外力F成正比D.在坐標中作出吊盤和重物的質量m和小車位移x的圖線,若圖線是過原點的直線,說明加速度a與合外力F成正比答案：C解析：小車做勻加速直線運動,x=at2/2,a=2x/t2,兩車運動時間相同,只要驗證合外力(mg)與位移(x)關系即可,C正確;無法保證每次試驗時小車運動的時間相等,D錯誤?？键c2合外力的測量3.(2024·長沙雅禮中學月考)(多選)用如圖5-2-3甲所示的裝置做“驗證牛頓其次定律”試驗時,甲同學依據(jù)試驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖像為圖乙中的圖線Ⅰ,乙同學畫出的a-F圖像為圖乙中的圖線Ⅱ。圖線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大,明顯超出了誤差范圍,下面給出了關于形成這種狀況的四種說明,其中可能正確的是()。圖5-2-3A.試驗前甲同學沒有平衡摩擦力B.甲同學在平衡摩擦力時,把長木板的末端抬得過高了C.試驗前乙同學沒有平衡摩擦力D.乙同學在平衡摩擦力時,把長木板的末端抬得過高了答案：BC解析：圖線Ⅰ說明不加外力,小車就可以加速下滑,說明平衡摩擦力過度,B正確;圖線Ⅱ表示加了肯定外力時,小車仍不能運動,說明沒有平衡摩擦或平衡不夠,C正確。4.(2024·江西八校聯(lián)考)(多選)為了探究質量肯定時加速度與力的關系,一同學設計了如圖5-2-4所示的試驗裝置。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)試驗時,肯定要進行的操作是。

圖5-2-4A.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.先接通電源,再釋放小車,打出一條清楚的紙帶,同時記錄彈簧測力計的示數(shù)D.變更沙和沙桶的質量,打出幾條紙帶E.為減小誤差,試驗中肯定要保證沙和沙桶的質量m遠小于小車的質量M答案：BCD解析：該題是通過彈簧測力計測出繩子的拉力FT,而小車受到的水平拉力為F=2FT,并不須要測量沙和沙桶的質量,更談不上試驗中保證沙和沙桶的質量遠小于小車的質量,知AE錯誤;變更沙和沙桶質量多獲得幾組數(shù)據(jù)才能找出規(guī)律,D正確,先接通電源,使打點穩(wěn)定后再放紙帶,讀出彈簧測力計的拉力示數(shù),得到合格的紙帶和合外力,C正確;平衡阻力是應有條件,B正確。考點3試驗原理及數(shù)據(jù)處理5.某同學設計了如圖5-2-5所示的裝置來探究加速度與力的關系。彈簧測力計固定在一合適的木板上,桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪,細繩的兩端分別與彈簧測力計的掛鉤和礦泉水瓶連接,在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ,并測出間距d。起先時將木板置于MN處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木板剛剛起先運動為止,登記彈簧測力計的示數(shù)F0,以此表示滑動摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住,接著向瓶中加水后,登記彈簧測力計的示數(shù)F1,然后釋放木板,并用停表登記木板運動到PQ處的時間t。圖5-2-5(1)木板的加速度可以用d、t表示為a=;為了減小測量加速度的偶然誤差可以采納的方法是(一種即可)

。

答案：2dt2保持F1不變,重復試驗解析：由d=12at2可得a=2dt(2)變更瓶中水的質量重復試驗,確定加速度a與彈簧測力計示數(shù)F1的關系。下列圖像能表示該同學試驗結果的是()。圖5-2-6答案：C解析：由題意可知,F1是水瓶的重力,設繩中拉力為FT,對木板,a=FT-F0M板,在M板?m水時FT≈F1,a=F1-F0M,解除A、B選項;漸漸增加水的質量,將不再滿意FT≈F1,而是(3)用加水的方法變更拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,它的優(yōu)點是。(選填選項前的字母)

A.可以變更滑動摩擦力的大小B.可以更便利地獲得多組試驗數(shù)據(jù)C.可以比較精確地測出摩擦力的大小D.可以獲得更大的加速度以提高試驗精度答案：BC解析：可以連續(xù)變更質量,可更便利地獲得多組試驗數(shù)據(jù);可比較精確地測出摩擦力的大小。6.(2024·浙江余姚中學月考)某同學利用圖5-2-7甲所示試驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖,如圖乙所示。試驗中小車(含放射器)的質量為200g,試驗時選擇了不行伸長的輕質細繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到?；卮鹣铝袉栴}:圖5-2-7(1)依據(jù)該同學的結果,小車的加速度與鉤碼的質量成(選填“線性”或“非線性”)關系。

答案：非線性解析：依據(jù)題圖乙坐標系中給出的數(shù)據(jù)連線,可知小車的加速度與鉤碼的質量成非線性關系。(2)a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的緣由是

;

答案：存在摩擦力解析：a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的緣由是未平衡摩擦力或傾角過小,沒有完全平衡摩擦力。(3)若利用本試驗裝置來驗證“在小車質量不變的狀況下,小車的加速度與作用力成正比”的結論,并干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則試驗中應實行的改進措施是,鉤碼的質量應滿意的條件是。

答案：調整軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車(含放射器)的質量解析：在試驗中要求“干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力”須要滿意兩個條件:①平衡摩擦力;②鉤碼的質量遠小于小車(含放射器)的質量。7.(2024·上海試驗質檢)為了探究“加速度與力”的關系,運用如圖5-2-8所示裝置進行試驗。其中A為光電門,它與數(shù)字計時器相連,讓小車每次從長木板上的P點處由靜止釋放,當小車通過光電門時,光束被遮擋的時間Δt可以被測量并記錄,小車連同上面固定的一條形擋光片的總質量為M,擋光片寬度為d,光電門到釋放點P的距離為x,牽引重物的質量為m,當?shù)刂亓铀俣纫阎；卮鹣铝袉栴}:圖5-2-8(1)小車做加速運動的加速度a的表達式a=;

答案：a=d解析：在誤差允許的范圍內(nèi),利用平均速度表示瞬時速度有v=dΔt,(2)若取M=0.4kg,變更m的值,進行多次試驗,以下m的取值不合適的一個是;

A.m=5gB.m=10gC.m=20gD.m=200g答案：D解析：要使重物的重力近似等于繩子的拉力,充當小車的合外力,應使重物的質量遠小于小車的質量,故D不合適;(3)在保持拉力F肯定,探討加速度a與小車質量M的關系時,應作出圖像(選填“a-M”或“a-M-1”);

答案：a-M-1解析：化曲為直,便于視察分析物理量間的關系。(4)在小車質量不變的狀況下,利用多次測量的數(shù)據(jù),畫出a-F圖線如圖5-2-9所示,圖線不過坐標原點的緣由是;圖線AB段發(fā)生彎曲的緣由是。

圖5-2-9答案：平衡摩擦力過度沒有滿意吊著重物的質量遠小于小車的質量8.在驗證“當物體質量肯定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”的結論時,給出了下列器材:傾角可以調整的長木板(如圖5-2-10所示),小車一個,計時器一個,刻度尺一把試驗步驟如下:圖5-2-10A.讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止起先下滑到斜面底端A2,登記所用時間t;B.用刻度尺測量出A1與A2之間的距離x;C.用刻度尺測量出A1與A2之間的高度;D.保持A1和A2之間的距離不變,變更斜面傾角,多次重復上述試驗步驟,并記錄相關數(shù)據(jù)h、t;E.以h為縱坐標,1/t2為橫坐標,依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作圖。若在此試驗中,能得到一條過坐標原點的直線,則可驗證“當質量肯定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。依據(jù)上述試驗步驟和說明回答下列問題(用已知量和測量符號表示):(1)若忽視一切阻力影響,小車的質量為m,重力加速度為g,則小車的加速度大小a=,小車所受的合外力大小F=;

答案：a=2x/t2(或a=gh/x)F=mgh/x解析：由h=at2/2得a=2x/t2,或mgh/x=ma得a=gh/x;由牛頓其次定律得:F=ma得:F=mgh/x;(2)請你寫出物體從斜面上釋放高度h與下滑時間t的關系式;

答案：h=2x解析：由x=12g·hxt2,可得(3)若考慮阻力影響,在h-1/t2坐標中,圖線過原點嗎?(選填“過”或“不過”),緣由是

。

答案：不過沒有平衡摩擦阻力解析：“不過”,因為沒有平衡摩擦阻力。9.某同學設計了如圖5-2-11所示的裝置,利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ,滑塊和托盤上分別放有若干砝碼,滑塊質量為M,滑塊上砝碼總質量為m',托盤和盤中砝碼的總質量為m。試驗中,滑塊在水平軌道上從A到B做初速度為零的勻加速直線運動,重力加速度g取10m/s2。圖5-2-11(1)為測量滑塊的加速度a,需測出它在A、B間運動的和,計算a的運動學公式是