高中物理教科版必修12 探究加速度与力、质量的关系练习题

这是一份高中物理教科版必修12 探究加速度与力、质量的关系练习题，共17页。试卷主要包含了2实验，8m/s2），00 D，30 0等内容，欢迎下载使用。
2020-2021学年新人教版必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课时作业15（含解析）  1．某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示a—F图像（重力加速度取9.8m/s2）（1）图线不过坐标原点的原因是______。（2）如图乙为某次实验得到的纸带，s1、s2是纸带中两段相邻计数点间的距离，相邻计数点时间为T，由此可求得小车的加速度大小为______（用s1、s2、T表示）。（3）由图像求出小车和传感器的总质量为______kg。（4）本实验中若仍用砂和桶的重力表示绳子的拉力（小车及传感器的总质量始终远大于砂及桶的总质量），从理论上分析，该实验图线的斜率将______（选填“变大”或“变小”）。（5）同学们通过实践，结合理论分析得出：无论如何增加砂和桶的重力，小车运动加速度都不可能超过______m/s2。2．某同学用如图所示装置探究加速度与合外力关系实验。在气垫导轨的右端固定一个光电门，将带有挡光片的滑块放在气垫导轨上，滑块用固定在气垫导轨左端的力传感器连接。滑块和挡光片的质量为。(1)实验前，用游标卡尺测量挡光片的宽度，示数如图乙所示，则挡光片的宽度_____；(2)将气垫导轨的左端适当垫高，开动气源，待滑块稳定时，记录力传感器的示数；撤去力传感器，让滑块在点由静止释放，记录滑块通过光电门时挡光片挡光时间，滑块通过光电门的速度大小为_____（用物理量字母表示）；(3)改变气垫导轨左端的高度，重复步骤(2)多次，测得多组、，要探究加速度与合外力的关系，还需要测量的物理量为_____（写出物理量的名称和符号）；(4)将测得的、在图像中描点作图，如果作出的图像为过原点的一条直线，且直线的斜率为_____（用题中测量物理量字母表示），表明物块的质量一定时，加速度与合外力成正比。3．某实验小组用如图所示（左图为侧视图右图为俯视图）装置探究“质量一定时，加速度与合外力成正比”的实验，保持两小车质量相同，绳子下端悬挂的钩码质量不同，实验时，同时释放两小车，经过一段时间后，使两小车同时停止运动。(1)本实验_______(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力；(2)本实验______(填“需要”或“不需要”)满足小车质量远大于钩码质量；(3)本实验中需要测量的物理量有____________A．研究对象小车的质量MB．两小车运动时间t1、t2C．砝码及砝码盘的质量m1、m2D．两小车运动的位移x1、x2(4)本实验测量数据只要满足表达式____________[用(3)中测量的物理量表示]，即可达到实验目的。4．某实验小组成员用如图甲所示的实验装置做探究加速度与质量关系的实验。实验中通过改变小车中砝码的质量来改变小车和车中砝码的总质量M，打点计时器所用交流电的频率为50Hz。(1)对于实验操作的目的，下列说法正确的是________A．平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于重物的重力B．重物的质量m必须远小于M的目的是为了使小车受到的合外力等于细线的拉力C．调节定滑轮高度，使细线保持与长木板平行的目的是为了使小车受到的合外力等于细线的拉力D．小车开始释放的位置靠近打点计时器的目的是为了在纸带上打更多的点(2)按实验要求，调节好装置，先接通电源后释放小车，打出的纸带如图乙所示，在纸带上每五个计时取一个计数点，根据纸带可求出小车的加速度为__________m/s2（结果保留三位有效数字）；(3)保持悬挂重物的质量m不变，改変小车中砝码质量从而改变小车和车中砝码总质量M，多次实验，测得多组小车运动的加速度a与或a与的关系图像不可能的是____。A．B．C．D．5．某同学采用如图装置来验证当外力一定时加速度和质量的关系，左右等高的水平桌面上都有一端带滑轮的长木板，木板上都固定有打点计时器，质量分别为m1和m2的两个小滑块通过一条细绳绕过各自长木板上的定滑轮相连，动滑轮下吊有沙桶，调整装置使m1和m2在同一直线上，并使细线与长木板平行，两个小滑块都与穿过打点计时器限位孔的纸带相连。(1)本次实验中需要满足沙和沙桶的总质量远小于滑块质量这个条件吗？______（填写“需要”或“不需要”）(2)去掉细线，分别垫高长木板一端平衡摩擦力。连接细线，调整沙桶中沙子的质量，接通两个打点计时器的电源，然后从静止释放沙桶，同时得到对应的甲乙两条纸带，纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，实验时使用的交流电的频率为50Hz，其中乙图中第三个计数点未画出，通过纸带计算两个加速度a1 =_______m/s2 ，a2 =______m/s2（均保留三位有效数字）(3)由计算可知m1________ m2（ 选填“>”、“<"或“="）。6．如图所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力。（1）在探究“质量一定时，加速度与合外力的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，必须进行的操作是___________，然后保证小车的质量不变，多次向砂桶里加砂，测得多组a和F的值，画出的a-F图像是（_____）A． B． C． D．（2）在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t。改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线。下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是（_____）A．B． C． D．7．图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。（1）完成下列实验步骤中的填空：①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点；②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码；③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m；④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③；⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量相邻计数点的间距s1，s2，…，求出与不同m相对应的加速度a；⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做出—m关系图线，若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）。（2）完成下列填空：（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_________；（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3，a可用s1、s3和Δt表示为a=_____；图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=_____mm，s3=____mm，由此求得加速度的大小a=_____m/s2。（ⅲ）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为___________8．某次“探究加速度a跟物体所受的合外力F和质量m的关系”时，实验如下（1）下列做法正确的是________（填字母代号）。A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜角度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需重新调节木板倾角（2）图甲为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1s，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2（结果保留两位有效数字）（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量。根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线如右图所示。图中直线没有通过原点，其主要原因是：__________。9．为了“验证牛顿第二定律”的正确性采用如图甲所示的实验装置，带滑轮的长木板水平固定，实验过程始终保持跨过小车上的光滑定滑轮的两根细线均与长木板平行，且与拉力传感器相连的细线沿传感器轴线方向。（1）打点计时器使用______（选填“交流”、“直流”）电；（2）为了使小车所受的合力等于拉力，应该______（选填“平衡摩擦力”、“m砂<<m桶”）（3）进行（2）的实验操作后，得到数据纸带乙，A、B、C、D、E为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个计时点未画出．已知打点计时器的工作频率为50Hz，可求出小车的加速度a=______m/s2（结果保留2位有效数字）（4）砂桶总质量为m，拉力传感器读数为F，小车质量为M，加速度为a，如果表达式______成立（用字母表示），则说明牛顿第二定律正确。10．在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图甲所示的装置．（1）本实验应用的实验方法是__________A．控制变量法        B．假设法        C．理想实验法（2）下列说法中正确的是___________A．在探究加速度与质量的关系时，应改变小车所受拉力的大小B．在探究加速度与外力的关系时，应改变小车的质量C．在探究加速度与质量的关系时，作出图象容易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．（3）在探究加速度与力的关系时，若取车的质量M＝0.5kg，改变砝码质量m的值，进行多次实验，以下m的取值最不合适的一个是____________A．m1＝4g B．m2＝10g C．m3＝40g D．m4＝500g（4）在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，根据图中给出的数据求出该小车的加速度a=___m/s2（结果保留两位有效数字）．（5）如图所示为甲同学在探究加速度a与力F的关系时，根据测量数据作出的a-F 图象，说明实验存在的问题是________．
参考答案1．没有平衡摩擦力，或平衡的不够        1    变小    9.8    【解析】【分析】【详解】(1)[1]由图象可知，当F≠0时，加速度a仍然为零，说明没有平衡摩擦力，或摩擦力平衡的不够；(2)[2]根据可得(3)[3]根据可得可见a—F图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知，所以质量(4)[4]设小车及传感器总质量为M，砂和桶的重力为mg。对M，由牛顿第二定律得：对m由牛顿第二定律得：联立解得mg表示绳子的拉力，图象的斜率为，所以图线的斜率将变小。(5)[5]可以化为m不断增大时，逐渐趋于0，则a趋向于g，但都不可能超过g=9.8m/s2。2．5.70        点到光电门的距离        【解析】【分析】【详解】(1)[1]根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度(2)[2]滑块通过光电门的速度大小为(3)[3]由可得加速度大小为要测量加速度，还需要测出点到光电门的距离。(4)[4]由得即因此图像为过原点的一条直线，且直线的斜率为，表明物块的质量一定时，加速度与合外力成正比。3．需要    需要    CD        【解析】【分析】【详解】(1)[1]本实验需要用砝码盘和砝码的重力代替小车所受的合外力，所以需要平衡摩擦力，即将轨道右端适当垫高，使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动(2)[2]本实验需要用砝码盘和砝码的重力代替小车所受的合外力，平衡摩擦力后，应该满足砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量，细线的拉力为小车的合力(3)[3]在初速度为零的匀变速直线运动中有，因运动时间相等，则位移与加速度成正比，由牛顿第二定律可知，加速度与合外力成正比，由于小车的合力由砝码及砝码盘的重力代替，即加速度与砝码及砝码盘的质量成正比，所以实验中应测量砝码及砝码盘的质量m1、m2，两小车运动的位移x1、x2故选CD(4)[4]由于位移与加速度成正比，且加速度与砝码及砝码盘的质量成正比，则实验中只要满足即可达到实验目的4．CD    2.00    D    【解析】【分析】【详解】(1)[1]A．平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于细线的拉力，故A错误；B．重物的质量m必须远小于M的目的是为了使小车受到的合外力等于重物的重力，故B错误；C．调节定滑轮高度，使细线保持与长木板平行的目的是为了使小车受到的合外力等于细线的拉力，故C正确；D．小车开始释放的位置靠近打点计时器的目的是为了在纸带上打更多的点，故D正确。故选CD(2)[2]根据△x=aT2，运用逐差法得(3)[3]A．若m远小于M，则mg=Ma得可知，故A正确；B．若m不满足远小于M，则mg=(M+m)a则若不满足m远小于M，则随着减小，a－图像的斜率变小，向下弯曲，故B正确；CD．由mg=(M+m)a可知故C正确，D错误。本题选不可能的，故选D。5．不需要    1.30    0.737    <    【解析】【分析】【详解】(1)[1]沙桶对绳子的拉力提供左右两边相等的拉力，这个拉力不需要知道具体数值，所以不必须满足沙子和沙桶的总质量远小于滑块质量。(2)[2][3]对于甲纸带根据逐差法求得对乙纸带x45-x12=3a乙T2得a乙=0.737m/s2(3)[4]根据牛顿第二定律拉力相等m1a1= m2a2质量小则加速度大，则m1 <m26．平衡摩擦力    C    C    【解析】【分析】【详解】（1）[1]小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的拉力代替合力，所以做实验首先必须要平衡摩擦力；[2]小车质量m一定时，加速度a与合外力F成正比，故选C；（2）[3]小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动，位移解得加速度，所以改变小车质量m，测得多组m、t的值，位移不变，所以a与t2成反比，若t2与m成正比，则合外力一定时，加速度与质量成反比例，故选C。7．均匀    线性    远小于小车和小车中砝码的质量之和        24.1    47.3    1.16            【解析】【分析】【详解】（1）①[1]平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动，打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀；⑥[2]根据牛顿第二定律解得故与m成线性关系；（2）（i）[3] 设小车的质量为M，小吊盘和盘中物块的质量为m，设绳子上拉力为F，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律有解得以M为研究对象，根据牛顿第二定律有当时有，即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力，所以为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量。（ⅱ）[4]设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3，由匀变速直线运动的推论得即解得[5][6]图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=24.1mm，s3=47.3mm；[7] 由此求得加速度的大小（ⅲ）[8][9]设小车质量为M，小车受到外力为F，由牛顿第二定律有解得所以图象的斜率为解得纵轴截距为解得8．AD    0.43    实验前未平衡摩擦力（或平衡摩擦力不充分）    【解析】【分析】【详解】(1)[1] A．实验时，调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，故A正确；B．在调节木板倾斜角度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，故B错误；C．实验时，先接通打点计时器的电源再放开木块，故C错误；D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需重新调节木板倾角，故D正确。故选AD。(2)[2]由逐差法求小车的加速度 (3)[3]图线没有过原点，与F轴有交点，说明实验前没有平衡小车的摩擦力（或平衡摩擦力不充分）。9．交流    平衡摩擦力    0.40    2F=Ma    【解析】【分析】【详解】(1)[1]打点计时器使用的是交流电源。(2)[2]为了使细绳的拉力等于小车所受合力，实验前要平衡摩擦力，方法是将木板右端垫高。(3)[3]根据相邻计数点间还有四个点没有画出，则计数点间的时间间隔为T=0.1s由△x=aT2可知，小车加速度为(4)[4]根据牛顿第二定律可得2F=Ma10．A    C    D    0.16    平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力    【解析】【分析】【详解】（1）该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，研究三者关系必须先使某一个量不变化，研究另外两个量之间的变化关系，即运用控制变量法，故选A；（2）在探究加速度与质量的关系时，应保持小车所受拉力的大小不变，改变小车的质量，A错误；在探究加速度与外力的关系时，应保持小车的质量不变，改变小车所受拉力的大小，B错误；在探究加速度与质量的关系时，作出图象是直线，容易更直观判断出二者间的关系，C正确；当不满足的条件时，细线对小车的拉力大小就不能近似等于砝码盘和砝码的总重力大小，D错误；故选C；（3）实验时要求小车质量M要远远大于砂及砂桶的质量m，D中M与m相等，所以D最不合适；（4）根据得：；（5）图中图象与横轴的截距大于0，说明在拉力大于0时，加速度等于0，说明物体所受拉力之外的其他力的合力大于0，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．【点睛】要真正掌握了实验原理才能顺利解决此类实验题目，（1）打点计算器的工作原理；（2）匀变速直线运动的推论公式；（3）满足小车质量M要远远大于砂及砂桶的质量m的条件，实验前将木板一端垫高，形成斜面来平衡摩擦力；（4）会分析图象中不是直线和不过原点的原因．