2022-2023版高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系習(xí)題 新人教版必修1

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1、2022-2023版高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系習(xí)題 新人教版必修1 1(多選)在驗(yàn)證加速度與質(zhì)量成反比的實(shí)驗(yàn)中,以下做法正確的是(　　) A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將重物用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后,再放開小車 C.“懸掛重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(含砝碼)”這一條件如不滿足,對(duì)驗(yàn)證過程也不會(huì)產(chǎn)生影響 D.如果a- 解析:平衡摩擦力時(shí),不需要懸掛重物,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先接通電源,再放開小車,選項(xiàng)B正確;懸掛的重物的質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(含砝碼),才能認(rèn)為小車受的拉力等于重物的重力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;加速

2、度a,就說明加速度a與質(zhì)量m成反比,選項(xiàng)D正確。 答案:BD 2(多選)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)作用力一定,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),以下做法正確的是(　　) A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車上 B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力 C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)作a-m圖象尋找加速度與質(zhì)量的關(guān)系 解析:選項(xiàng)A中,平衡摩擦力實(shí)際上就是使小車所受重力的下滑分力與小車所受阻力相平衡,該阻力包含小車受到的摩擦力和紙帶受到的摩擦力。可見,平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在小車上。選項(xiàng)B中,平衡

3、摩擦力以后,再改變小車質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力。選項(xiàng)C中,實(shí)驗(yàn)時(shí),先通電,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后再放小車,使打點(diǎn)清晰,便于測(cè)量。選項(xiàng)D中,在尋找加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),應(yīng)作出a,因?yàn)閍與m的關(guān)系圖線為一曲線,不能直觀地得出a與m之間的關(guān)系。 答案:AB 3“探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如下: (1)在探究物體的加速度與力的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持　　　不變,分別改變施加在物體上的水平拉力F,測(cè)出相對(duì)應(yīng)的加速度a。? (2)在探究物體的加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持　　　不變,分別改變物體的質(zhì)量m,測(cè)出相對(duì)應(yīng)的加速度a。? (3)本實(shí)驗(yàn)也可以不測(cè)加速度的具體數(shù)值,通過測(cè)出兩個(gè)初速度為

4、零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2來測(cè)量不同情況下物體加速度的比值,此比 (4)如果a- A.加速度a與質(zhì)量m成正比 B.加速度a與質(zhì)量m成反比 C.質(zhì)量m與加速度a成反比 D.質(zhì)量m與加速度a成正比 解析:(1)在探究物體的加速度與力的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持物體的質(zhì)量不變。 (2)在探究物體的加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持物體受的合力不變。 (3)由x,物體的位移與加速度成正比,所 (4)a-,說明a,即加速度a與質(zhì)量m成反比。 答案:(1)質(zhì)量　(2)物體受的合力　(3 4某同學(xué)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),使用的器材有:帶滑輪的長(zhǎng)木板、小車及往小車上

5、擺放的大砝碼、細(xì)線、小盤及往小盤里放的小砝碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等。 (1)他以小盤和盤內(nèi)砝碼的總重力作為細(xì)線對(duì)小車的拉力F,測(cè)出不同拉力F對(duì)應(yīng)的加速度a的值,并把各數(shù)據(jù)標(biāo)在a-F坐標(biāo)系上,發(fā)現(xiàn)它們都在一條直線的附近,這條直線不過坐標(biāo)原點(diǎn),如圖甲所示,產(chǎn)生這種情況的原因是什么? 甲 答:　。? (2)經(jīng)過調(diào)整后,該同學(xué)作出的a-F圖象如圖乙中的A所示,另一位同學(xué)使用同一套儀器作出的a-F圖象如圖乙中的B所示,則mA　　　　(選填“>”“=”或“<”)mB。? 乙 解析:(1)由題圖甲可知,當(dāng)施加一個(gè)拉力時(shí),小車還沒有獲得加速度,即小車受的合外力為零,這說明此時(shí)小車仍受到摩擦力的

6、作用,故產(chǎn)生這種情況的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。 (2)在a-F圖象中,圖線的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù),斜率越大,說明小車的質(zhì)量越小。故mA

7、原點(diǎn),試分析在操作過程中可能遺漏了哪個(gè)步驟:?　。? 解析:(1)圖象如圖所示 (2)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),交于橫軸,說明沒有平衡摩擦力或者沒有完全平衡摩擦力。 答案:(1)見解析　(2)平衡摩擦力 能力提升 1在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,需要消除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和木板對(duì)小車阻力的影響,關(guān)于該操作環(huán)節(jié),下列四個(gè)裝置圖正確的是(　　) 答案:B 2用如圖所示的裝置來探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí),小盤和砝碼牽引小車,使小車做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)。 (1)此實(shí)驗(yàn)中可以不測(cè)量加速度的具體值,原因是　　　　　　　　　　　。? (2)通過改變　　　　　　,就可以

8、改變小車所受到的合力。? (3)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),分別以　　　　為縱坐標(biāo)、　　　　為橫坐標(biāo)作圖象,這樣就能直觀地看出其關(guān)系。? 答案:(1)可以轉(zhuǎn)化為探究加速度與其他量之間的比例關(guān)系(其他答法只要正確就行。如:初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),在相同的時(shí)間內(nèi),位移與加速度成正比) (2)砝碼的數(shù)量 (3)a( 3現(xiàn)要驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下:一傾角可以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)斜面(如圖所示)、小車、計(jì)時(shí)器一個(gè)、刻度尺。 填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?完善以下實(shí)驗(yàn)步驟(不考慮摩擦力的影響): (1)讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)A1從靜止開

9、始下滑至斜面底端A2,記下所用的時(shí)間t。 (2)用刻度尺測(cè)量A1與A2之間的距離x,則小車的加速度a=　　　　。? (3)用刻度尺測(cè)量A1相對(duì)于A2的高度h,設(shè)小車所受重力為mg,則小車所受的合外力F=　　　　。? (4)改變　　　　　　　　,重復(fù)上述測(cè)量。? (5)以h為橫坐標(biāo) 解析:(2)由xa (3)小車在斜面上受重力和支持力的作用,其合力F=mgsin α=m (4)改變小車所受外力研究加速度和力的關(guān)系。改變受力通過改變斜面的傾角α或斜面的高度h來實(shí)現(xiàn)。 答案:(2 ★4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,來研

10、究在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與小車受到力的關(guān)系。下列措施中不需要或不正確的是　　　　。? 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.平衡摩擦力的方法是,在塑料小桶中添加砝碼,使小車能勻速運(yùn)動(dòng) C.每次改變拉小車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,然后再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 (2) 某組同學(xué)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù),畫出的a- 解析:(1)本實(shí)驗(yàn)中,在平衡摩擦力時(shí),不應(yīng)該將小桶掛在小車上,并且只需要在實(shí)驗(yàn)之前平衡一次摩擦力即可,不需要每次改變

11、拉小車的拉力后都重新平衡摩擦力,實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力,每次小車不一定都從同一位置開始運(yùn)動(dòng),并且是先接通電源,再放開小車。 (2)圖線的斜率表示小車受的合力,則 FN=5 N。 答案:(1)BCEF　(2)5 ★5圖甲為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m,小車和砝碼的總質(zhì)量為m'。實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮　? 甲 (1)實(shí)驗(yàn)中,為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度,使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是(　　) A.將長(zhǎng)木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)

12、穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,調(diào)節(jié)m的大小,使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng),從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) B.將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) C.將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?撤去紙帶以及砂和砂桶,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) (2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和m'的選取,以下最合理的一組是(　　) A.m'=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B.m'=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g

13、、120 g C.m'=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D.m'=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,A、B、C、D、E、F、G為七個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為 sAB=4.22 cm、sBC=4.65 cm、sCD=5.08 cm、sDE=5.49 cm、sEF=5.91 cm、sFG=6.34 cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz,則小車的加速度a=　　　 m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。? 乙 解析:(1)需要將長(zhǎng)木板一端適當(dāng)墊高,以平衡摩擦力,完成此項(xiàng)工作的標(biāo)志就是不掛砂桶條件下小車能帶動(dòng)紙帶勻速運(yùn)動(dòng)(通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器點(diǎn)痕間隔是否均勻判定)。 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)中小車的實(shí)際加速度為amg當(dāng)成對(duì)m'的拉力,即忽略m對(duì)加速度的影響,使加速度約為am?m',據(jù)此可知C組最合理。 (3)由逐差法求小球運(yùn)動(dòng)的加速度am/s2。 答案:(1)B　(2)C　(3)0.42