1、2020-2021学年高一物理人教版必修一同步课时作业（18）实验：探究加速度与力、质量的关系1.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( )A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮用细绳拴在小车上B.连接砝码盘和小车的细绳应与长木板平行C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动,每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车2.图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图.两个相同的小车,放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮
2、各挂一个小盘,盘里放有砝码.两个小车后端各系一条细线,细线后端用夹子固定,打开夹子,小盘和砝码牵引小车同时运动,合上夹子,两小车同时停止运动.1.用刻度尺测出两小车的位移,位移之比就等于它们的_之比;2.为了探究加速度大小和力大小之间的关系,应保持两个_(填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等;3.为减小误差,应使小盘和砝码的总质量尽可能_(填“小于”“等于”或“大于”)小车质量.3.如图甲所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等于砝码和砝码盘的总重量，通常采用如下两个措施：A平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面
3、垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在砝码盘的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；B在调整砝码多少的过程中，要保证砝码和砝码盘的总质量m远小于小车和砝码的总质量M。以上哪一个措施中有何重大错误？(说明错误点)_。(2)如图是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是，结合图乙给出的数据(单位：)，求出小车运动加速度的大小为_，并求出纸带中点瞬时速度的大小为_。(结果均保留两位有效数字)4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学使用了图甲所示的装置,木板放在水平桌面上,打点计时器打点频率为50Hz.1.实验中得到图乙所示的一段纸带,每五个点取一个计时点,测得,则实验测出小
4、车的加速度大小为_(结果保留2位小数);2.若直接按图甲所示装置进行实验,以沙和沙桶的总重力产生的拉力F为横坐标,通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标,以下画出的图像合理的是( )A.B.C.D.3.实验中,沙和沙桶的总重力_(填“大于”“小于”或“等于”)绳子对小车的拉力,为了让沙和沙桶的总重力大小更接近绳子对小车的拉力,应让沙和沙桶的总质量_(填“远大于”或“远小于”)小车的质量;4.若第2问中四个图像中的图线(包括B、C中的直线部分)的斜率为k,则小车的质量M=_.5.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中:1.某组同学用如图甲所示的装置,采用控制变量的方法,来研究小车质量不变的情况下,小
5、车的加速度与小车所受合力的关系.下列措施中不需要和不正确的是( )A.首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力为细绳对小车的拉力B.平衡摩擦力的方法是在塑料桶中添加砝码,使小车能匀速滑动C.每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力D.实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力E.实验中应先释放小车,然后再接通打点计时器的电源2.根据实验得出的数据,画出图像如图乙所示,正确的图线应如图乙中的图线1所示,有同学作出的图线如图线2所示,其实验过程中不符合实验要求的是_,有同学作出的图线如图线3所示,其实验过程中不符合实验要求的是_(填选项前的字母)A.实验中未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力B.实验中
6、平衡摩擦力时木板垫得过髙C.实验中绳子拉力方向没有跟木板平行D.实验中小车质量发生变化E.实验中未满足塑料桶总质量m远小于小车总质量M的条件6.用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a. (1)关于实验操作，下列说法正确的是_.A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图乙为实验中打出纸带的一
7、部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离.已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度_ m/s，小车的加速度a_ .(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_.7.用如图甲所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。用总质量为m的托盘和砝码所构成的重物通过细绳牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。打点计时器使用的电源是_（选填选项前的字母）。A.直流电源B.交流电源实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作
8、方法是_（选填选项前的字母）。A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量在_（选填选项前的字母）且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A.不悬挂重物B.悬挂重物实验中，为了保证悬挂重物的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂重物的总质量m与小车质量M之间应满足的条件是_。A.B.安装好实验装置，正确进行实验操作，物体做匀加速直线运动。从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示（其中一段纸带图中未画出）。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点作为计数点。其中测出点距起始点O的距离分别为，如图所示。已知打点计
9、时器打点周期为T。物体运动到E点时的瞬时速度表达式为_；物体运动的加速度表达式为_。该同学在实验中，得到了如图所示的图像，发生这种现象的原因_。该同学在分析了原因后，决定改进实验原理。在实验中，他每次改变拉力时，就将小车中的砝码取出，加到托盘中，把托盘和托盘中的砝码总重力视为合力F，对应的加速度a从纸带中计算得出，多次测量后，绘出图像。你认为这种方法能否避免图丙中出现的问题吗？请分析原因。8.在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中,(1)下列仪器需要用到的是_;A. B. C. D. (2)下列说法正确的是_;A.先释放纸带再接通电源B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行C.纸带与小车相连端的
10、点迹较疏D.轻推小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡(3)如图所示是实验时打出的一条纸带,为每隔4个点取的计数点,据此纸带可知小车在D点的速度大小为_m/s(小数点后保留两位)。答案以及解析1.答案：BD解析：平衡摩擦力时,应将细绳从小车上拿去,垫高长木板远离滑轮的一端,让小车的重力沿木板的分力平衡摩擦力,故A错误;若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行,则绳子拉力的一个分力等于小车所受的外力,这样导致误差增大,故B正确;平衡摩擦力后长木板的位置不能移动,但每次改变小车的质量时,小车的重力沿木板的分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,故C错误;实验时,若先放开小车,再接
11、通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,因此要求小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车,故D正确.2.答案：1.加速度2.小车3.小于解析：1.根据初速度为零的匀变速直线运动公式可知,用刻度尺测量两小车通过的位移,两小车的位移之比等于它们的加速度之比.2.为了探究加速度大小和力大小之间的关系,应该控制小车的质量不变,即应保持两个小车的质量相等;3.为减小误差,应使小盘和砝码的总质量尽可能小于小车质量,这样才能满足细绳拉力近似等于小盘和砝码的总重力.3.答案：(1)有错误平衡摩擦力时不能悬挂砝码盘(2)4.0；2.6解析：4.答案：1.2
12、.522.C3.大于远小于4.解析：1.小车的加速度大小为;2.若直接按图甲所示装置进行实验,没有平衡摩擦力,则当力F到达某一值时小车才有加速度,可知画出的图像合理的是C;3.实验中,我们认为细绳拉力的大小等于沙和沙桶(其总质量为m)的总重力的大小,而实际上细绳的拉力,故细绳的拉力小于沙和沙桶的总重力.为了让沙和沙桶的总重力大小更接近细绳对小车的拉力大小,应让沙和沙桶的总质量远小于小车的质量;4.若第2问中四个图像中的图线(包括B、C中的直线部分)的斜率为k,则根据牛顿第二定律得,小车的质量.5.答案：1.BCE;2.B;AE解析：1.实验首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力为细绳对小车的拉力,
13、故A正确;平衡摩擦力的方法是,将小车与纸带相连,不挂塑料桶,把小车放在斜面上给小车一个初速度,通过纸带看小车能否做匀速直线运动,故B错误;由于平衡摩擦力后有,故,所以无论小车的质量是否改变,小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力,改变拉力后不需要重新平衡摩擦力,故C错误;实验中,要保证塑料桶和所添加砝码的总质量远小于小车的质量,这样才能使得塑料桶和所添加砝码的总重力近似等于细绳对小车的拉力,所以实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力,故D正确;实验中应先接通电源,后放开小车,故E错误;本题选不需要和不正确的,故选B、C、E.2.根据实验数据作出的图像应如图乙中图线1所示,有
14、同学作出图线如图线2所示,图线2表明在小车所受的拉力为零时,小车的加速度大于零,说明合外力大于零,说明平衡摩擦力过度,即不符合实验要求的操作是平衡摩擦力时木板垫得过高,故选B,有同学作出的图线如图线3所示,图线3说明在拉力大于零时,小车的加速度为零,说明合外力为零,即绳子的拉力被摩擦力平衡了,即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.该实验中当小车的质量远大于塑料桶的总质量时,才能近似认为细绳对小车的拉力大小等于塑料桶的总重力大小,随着F的增大,即随着塑料桶总质量增大,塑料桶总质量不再满足远小于小车总质量,因此会出现较大误差,图线会发生偏折现象.6.答案：（1）AD（2）0.316；0.93（3）随所
15、挂钩码质量m的增大，不能满足Mm解析：（1）A、调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；B、在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；C、由于平衡摩擦力之后有Mgsin=Mgcos，故tan=所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量即改变拉小车拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；D、打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器，故D正确；选择：AD（2）已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸
16、带上相邻计数点间的时间间隔为 根据可得：，小车运动的加速度为：a=B点对应的速度：vB=，（3）随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此曲线上部出现弯曲现象7.答案：BAAA；或未始终满足见解析解析：打点计时器使用的电源是交流电源，故选B。实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。平衡摩擦力的方法是：把木板右端垫高。在不悬挂重物且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。实验中，为了保证悬挂重物的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂重物的总质量m与小车M之间应满足的条件是，故选A。根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度
17、等于该过程中的平均速度，则物体运动到E点时的瞬时速度表达式为；根据可知，物体运动的加速度表达式为。小车受到的拉力，当，即重物的总重力远小于小车的重力时，绳子的拉力近似等于重物的总重力，小车的加速度a与重物的重力成正比，如果重物的总质量太大，小车受到的拉力明显小于重物的重力，加速度与重物的重力不成正比，而实验中认为，因此图像发生弯曲，不再是直线；故该同学在实验中，得到了如图的图像，发生这种现象的原因是未始终满足。能；因为根据，每次改变拉力时就将小车中的砝码取出，加到托盘中，这样就能保证总质量不变，a与成正比，画出的图像就是正比例函数。8.答案：(1)AD(2)BD(3)解析：(1)本实验通过打点纸带求物体的加速度,需要改变小车或重物的质量,通过控制变量法研究加速度与质量、合外力之间的关系,所以选择仪器A、D。(2)实验时应先接通电源,后释放小车;为了保证细线拉力即小车所受合外力,细线要与长木板平行,所以选项A错误,B正确。纸带与小车相连端的点迹较密,选项C错误。当摩擦力被平衡后,轻推小车,小车将匀速下滑,故选项D正确。(3)。