1、课时作业18 实验：探究加速度与力、质量的关系时间：45 分钟一、单项选择题1在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法中正确的是()A平衡摩擦力时，托盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但托盘内不能装砝码B实验中无需始终保持小车和砝码的总质量远远大于托盘和砝码的质量DC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阻力解析：平衡摩擦力时，不应挂托盘，但应带纸带运动，所以A 错误，D 正确；实验中要求始终保持小车和砝码的质量远远大于托盘和砝码的质量，所以 B
2、 不正确；a 与 m 成反比，a-m 图线不是直线，C 也不正确2在本实验中，下列做法和理由正确的是()A实验中所用电源为低压直流电源B可以将装有砂子的小桶用钩码代替，这样会使实验更加方便C实验结果不用 am 图象，而用 a1/m 图象，是为了便 于根据图象直观地作出判断D小车运动的加速度可用天平测出小桶和砂的质量(M和m)以及小车质量 M 后直接用公式 a(Mm)g/M 求出C解析：打点计时器需要低压交流电源，所以 A 错误若用钩码代替装有砂子的小桶进行实验，由于钩码的质量太大，不利于进行调节拉力的大小，故 B 错误用 a1/m 图象进行验证，这样能更直观地对问题进行判断，所以 C 正确本实
3、验是探究 a与 F、m 的关系，直接运用牛顿第二定律 aF/m 求出 a 是不对的，这是一种逻辑错误3关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验操作，下列说法中符合实际的是()A通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F 的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D先不改变小车质量，研究加速度与力的关系，再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系D解析：做本实验时采用的是控制变
4、量法必须控制某一量不变研究加速度与另一量的关系，不能同时改变质量和力，故只有D 项正确4在“探究牛顿第二定律”的实验中，为了探究滑块质量m0 不变时，加速度与外力 F 的定量关系，砝码质量 m 和滑块质量 m0，若其他操作都正确，那么在选用哪一组值测量时所画出的aF 图线较准确()Am0500 g，m 分别为 50 g,70 g,100 g,125 gBm0500 g，m 分别为 20 g,30 g,40 g,50 gCm0200 g，m 分别为 50 g,75 g,100 g,125 gDm0200 g，m 分别为 30 g,40 g,50 g,60 gB解析：探究滑块质量 m0 不变时，加
5、速度与外力 F 的定量关系是用砝码的重力代替对滑块的拉力，为了减小实验误差，应使m0m，因此选 B 组值误差较小5若已知两个物体间的某种力 F 与两物体间距离 r 的平方成反比，即 Fkr2(k 是与 r 无关的常数)现要设计实验验证该关系，实验后利用得到的数据作图，利用图象研究 F 与 r 的关系，下列四种坐标系应选用的最佳坐标系是()D解析：因为 F 与两物体间的距离 r 的平方成反比，即 Fkr2，所以 F 与 r 的关系在图象 D 中应该是过原点的直线，故最佳坐标系应该是 D 图二、多项选择题6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则下列说法中正确的是()ACA本实
6、验主要采用控制变量的方法来研究加速度与力、质量的关系B在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量C在探究加速度与质量的关系时，作出 a1m图象能更直观判断出二者间的关系D无论在什么条件下，细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小解析：在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，故选项 A正确；在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，故选项 B 错误；要直观地反映两个物理量之间的关系，可以通过作图来解决但是只有作出一条直线，才可以直观地反映两个变量之间的关系在
7、探究加速度 a 与质量 m 的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出 a1m图象，故选项 C 正确；当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小，故选项 D 错误7在“验证牛顿运动定律”的实验中，保持小车的质量不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测得的多组数据在坐标纸上画出 aF 关系的点迹，如图所示经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生这些问题的主要原因可能是()A轨道与水平方向夹角太大B轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力C所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势D所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯
8、曲趋势BC解析：图象应是一条过坐标原点的直线，而图象与横轴交点表示已存在拉力时物体仍处于静止状态，是没有平衡摩擦力，A错误，B 正确；另外图象上部向下弯曲，是由于钩码质量 m 不满足 mM，绳子拉力不等于钩码重量造成的，C 正确，D 错误8如图是根据“探究加速度与力的关系”的实验数据描绘的aF 图象，下列说法正确的是()A三条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量相同B三条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量不同C直线 1 所对应的小车和砝码的质量最大D直线 3 所对应的小车和砝码的质量最大BD解析：由图象知 F 相同时，对应的加速度大小 a1a2a3，根据 F 相同时，加速度与质量成反比，所以 m1m
9、2m3，故选项 B、D 正确三、非选择题9在用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验：(1)实验中应把长木板在小车运动的起始端适当垫高，这样做是为了(2)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，某同学得到画出下图所示的实验图线甲、乙中描述加速度与质量的关系图线是，加速度与力的关系图线是平衡摩擦力乙甲解析：(1)实验中应把长木板在小车运动的起始端适当垫高，这样做是为了平衡摩擦力，近似把悬挂物的重力看作小车所受的合力(2)由牛顿第二定律知道，加速度与质量成反比，加速度与力成正比，加速度与质量的关系图线是乙，加速度与力的关系图线是甲10如图所示，两个高 1.2 m 左右的支架上，放着两条平
10、行光滑铝合金导轨，且已调成水平状态，在光滑的导轨上放着两辆质量相等、性质一样的小车，1 号车放在左边，系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线，线端有一小桶，桶中可放砝码.2 号车在右端，系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线，线端有一相同的小桶，两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住，电磁铁串联后接在 6 V 的学生电源上(闭合)断开电源，电磁铁同时失去磁性，小车在拉力作用下从两端向中间运动，在某位置相碰，记下相碰位置，可以通过木板上的刻度知道两车通过的位移根据位移公式 x12at2，由于两车的运动时间 t 相等，因此比较两车的位移 x 就可比较两车的加速度 a，试作比较解析：由于两车的质量相同，所
11、放砝码的个数(即小车所受的拉力)不同，设放开后经时间 t 两车在 P 点相遇，如图所示，两车的位移分别为 x1、x2，则对小车 1：x112a1t2，对小车 2：x212a2t2，两式相比可得a1a2x1x2，故而两车的加速度大小即可比较得出答案：见解析从两小车均由静止做匀加速直线运动和时间相等入手比较；此外，还可以比较两车所受外力的大小，因为 ax，而 aF，故有 Fx，即F1F2x1x2.11某同学利用下图(a)所示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 m 的对应关系图如图(b)所示实验中小车(含发射器)的质量为 200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，
12、小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成(填“线性”或“非线性”)关系(2)由图(b)可知，am 图线不经过原点，可能的原因是(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力 mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是，钩码的质量应满足的条件是非线性存在摩擦力调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量解析：(1)根据实验数据所描出的点作出图象得到的是一条曲线，所以小车的加速度与钩码的质量成非线性关系(2)若 am图线不经过原点，就是细绳有拉力时，但小车
13、的加速度仍为零，说明可能存在摩擦力(3)把钩码的重力 mg 作为小车受到的合外力，需要两个条件：一是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力；二是钩码的质量应满足远小于小车质量12现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器一个、刻度尺(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：小车自斜面上方一固定点 A1 从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间 t.用刻度尺测量 A1 与 A2 之间的距离 x，则小车的加速度 a2xt2.用刻度尺测量 A1 相对于 A2 的高 h.设小车所受的重
14、力为mg，则小车所受的合外力 Fmghx.改变，重复上述测量以 h 为横坐标，1t2为纵坐标，根据实验数据作图如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律斜面倾角(或 h 的数值)(2)在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑测量此时 A1 点相对于斜面底端 A2 点的高度 h0.进行(1)中的各项测量计算与作图时用(hh0)代替 h.对此方案有以下几种评论意见A方案正确可行B方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动C方案的理论依据有问题，小车所受的摩擦力与斜面倾角有关其中合理的意见是.C解析：小车做初速度为零的匀加速直线运动由公式 x12at2得 a2xt2，由于不考虑摩擦力的影响，所以小车所受的合外力 Fmgsinmghx.