2019-2020年高中物理 題組訓練 4.2實驗 探究加速度與力、質量的關系 新人教版必修1.doc

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2019-2020年高中物理 題組訓練 4.2實驗 探究加速度與力、質量的關系 新人教版必修1 1．在利用打點計時器探究加速度與力、質量關系的實驗中，以下做法正確的是(　　) A．平衡摩擦力時，應將重物用細繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，后接通電源 D．“重物的質量遠小于小車的質量”這一條件如不滿足，對探究過程也不會產生影響 答案　B 2. 圖4212 如圖4212所示，在探究加速度和力、質量關系的實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質量分別為m1、m2，打開夾子后經過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內，有(　　) A．當m1＝m2、F1＝2F2時，x1＝2x2 B．當m1＝m2、F1＝2F2時，x2＝2x1 C．當F1＝F2、m1＝2m2時，x1＝2x2 D．當F1＝F2、m1＝2m2時，x2＝2x1 答案　AD 3．如圖4213是某些同學根據實驗數據畫出的圖象，下列說法中正確的是(　　) 圖4213 A．甲和乙較好地把握了實驗條件M遠大于m B．丙和丁沒有把握好實驗條件M遠大于m C．甲同學長木板的傾角太小，而乙同學長木板的傾角太大 D．甲、乙、丙三同學中，丙較好地完成了平衡摩擦力的操作 解析　因為圖象甲、乙和丙中都是直線，說明滿足小車質量和車上砝碼質量之和M遠遠大于砂及砂桶的總質量m，圖象丙經過坐標原點，說明平衡摩擦力比較到位． 答案　ACD 4．如圖4214所示，是某次利用氣墊導軌探究加速度與力、質量關系的實驗裝置安裝完畢后的示意圖，圖中A為沙桶和沙，B為定滑輪，C為滑塊及上面添加的砝碼，D為紙帶，E為電火花計時器，F為蓄電池，電壓為6 V，G是電鍵，請指出圖中的三處錯誤： 圖4214 (1)________________________________________________________________________； (2)________________________________________________________________________； (3)________________________________________________________________________． 答案　(1)B接滑塊的細線應水平(或與導軌平行) (2)C滑塊離計時器太遠　(3)E電火花計時器用的是220 V的交流電，不能接直流電 5．某同學設計了一個“探究加速度與物體所受合力及質量的關系”實驗．如圖4215所示為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板．電源頻率50 Hz. 圖4215 (1)在實驗中必須平衡摩擦力，以小車________所受重力的沿斜面向下的分力平衡摩擦力，當小車做________運動時，摩擦力恰好被平衡；之后可認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力，需滿足的條件是________________． (2)圖4216為某次實驗得到的紙帶(紙帶上的點為實際打下的點)，根據圖中的紙帶和相關數據可求出小車的加速度大小a＝________m/s2.(結果取兩位有效數字) 圖4216 (3)在“探究加速度與質量的關系”時，保持砝碼和小桶質量不變，改變小車質量M，分別得到小車加速度a與質量M的數據如下表： 根據上表數據，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖4217所示方格坐標紙中選擇恰當的物理量建立坐標系，并作出圖線．(如有需要，可利用上表中空格) 圖4217 解析　(1)平衡摩擦時應在小車不掛小桶的情況下進行，小車做勻速直線運動時，受到的重力沿斜面向下的分力與摩擦力相等．平衡摩擦力之后，滿足條件“砝碼和小桶的總質量遠遠小于小車質量”時，可認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力； (2)從題圖中所給數據可以求得Δx＝0.51 cm，T＝0.04 s，由Δx＝aT2得出a＝3.2 m/s2； (3)利用上表中空格，先求出小車質量的倒數，然后建立a坐標，作出a圖線． 答案　(1)不掛小桶時　勻速直線　砝碼和小桶的總質量遠遠小于小車的總質量 (2)3.2　(3)求出小車質量的倒數，作出a圖線．如圖所示 6.如圖4218甲所示，為“用DIS(位移傳感器、數據采集器、計算機)研究加速度和力的關系”的實驗裝置． 圖4218 (1)在該實驗中必須采用控制變量法，應保持________不變，用鉤碼所受的重力大小作為________，用DIS測小車的加速度． (2)改變所掛鉤碼的數量，多次重復測量．在某次實驗中根據測得的多組數據可畫出aF關系圖線(如圖乙所示)．分析此圖線OA段可得出的實驗結論是____________________． (3)此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是(　　) A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導軌保持了水平狀態(tài) C．所掛鉤碼的總質量太大 D．所用小車的質量太大 解析　(1)采用控制變量法，應保持小車的總質量不變．(2)從aF關系圖線可以看出基本上是一條直線，所以可以得出在質量不變的條件下，加速度與外力成正比．(3)本次實驗的條件是所掛鉤碼的總質量應遠小于小車的總質量，否則不能用鉤碼所受的重力作為小車受到的作用力．此圖線的AB段明顯偏離直線說明所掛鉤碼的總質量太大． 答案　(1)小車的總質量　小車所受外力　(2)在質量不變的條件下，加速度與外力成正比　(3)C 7．某同學設計了用光電門傳感器“探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質量M關系”的實驗． 圖4219 (1)如圖4219甲所示，在小車上固定寬度為L的擋光片，將兩個光電門傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車，傳感器記錄下小車經過光電門的時間Δt1、Δt2，可以測得小車的加速度a＝________(用題中的符號L、d、Δt1、Δt2表示)． (2)在該實驗中必須采用________法(填物理方法)，應保持________不變，通過改變鉤碼的個數來改變小車所受的拉力大小，研究加速度a隨拉力F變化的規(guī)律． (3)甲同學由于實驗時沒有注意始終滿足M?m的條件(m為鉤碼和盤的質量)，結果得到的圖象應是下圖中的________． (4)乙、丙兩名同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的aF圖線如圖乙所示，兩個同學做實驗時的哪一個物理量取值不同？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析　(1)數字計時器記錄通過光電門的時間， 小車經過光電門時滑塊的瞬間速度為v1＝與v2＝； 根據勻變速直線運動的速度位移公式v－v＝2ad， 解得：a＝. (2)在本實驗操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個變量不變，看另外兩個變量之間的關系，具體操作是：先不改變小車質量，研究加速度與力的關系；再不改變小車受力，研究加速度與質量的關系，最后歸納出加速度、力、質量三者間的關系． (3)隨著1/M增大，小車質量在減小，因此小車質量不再滿足遠大于鉤碼的質量，若小車質量遠小于鉤碼質量時，小車的加速度不可能一直均勻增大，加速度的增大幅度將逐漸減小，故A、B、C錯誤，D正確． (4)由圖可知在拉力相同的情況下a乙＞a丙，根據M乙a乙＝M甲a甲，即aF圖象的斜率等于物體的質量，所以兩人的實驗中小車及車中砝碼的總質量不同． 答案　(1) (2)控制變量　小車質量　(3)D　(4)小車及車中砝碼的總質量不同 8. 圖4220 某同學設計了如圖4220所示的裝置來探究加速度與力的關系．彈簧秤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秤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.開始時將木板置于MN處，現緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數F0，以此表示滑動摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋。^續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t. (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用的方法是(一種即可)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)改變瓶中水的質量重復實驗，確定加速度a與彈簧秤示數F1的關系．如下圖所示圖象能表示該同學實驗結果的是________． (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是________． a．可以改變滑動摩擦力的大小 b．可以更方便地獲取多組實驗數據 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實驗精度 解析　(1)木板在繩子拉力的作用下做初速度為零的勻加速直線運動，由d＝at2可知：a＝.為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是保持F1不變，重復實驗多次測量d、t取平均值．(2)該實驗原理與教材實驗原理類似，同樣需要滿足木板的質量M遠大于礦泉水的質量m，此時可認為繩上的拉力近似等于彈簧秤示數F1.本實驗中沒有平衡摩擦力，但通過題意可知受到的摩擦力為F0，木板受到的合外力為(F1－F0)．圖象反映的是a與F1的關系，而不是a與(F1－F0)的關系，所以圖象不過原點．當F1增大時，即礦泉水瓶的質量m增大時，實驗的前提條件不再滿足，此時a越大，繩上的拉力就越小于彈簧秤示數F1，加速度增加得就越慢，圖線向下彎曲，c正確． (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組實驗數據和比較精確地測出摩擦力的大小，b、c說法是正確的；兩種實驗方法都不可以改變滑動摩擦力的大小，a錯誤；通過(2)中分析可以知道當加速度增大時，實驗條件便不再滿足，此時實驗誤差變大，d說法錯誤． 答案　(1)　保持F1不變，重復實驗多次測量，求平均值　(2)c　(3)b、c