鲁科版高考物理一轮总复习实验4探究加速度与力、质量的关系练习题含答案

实验四　探究加速度与力、质量的关系

(建议用时：40分钟)

1．探究加速度与力、质量的关系的实验装置示意图如图甲所示。

(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花打点计时器的电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。

(2)图丙为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。

解析：(1)平衡小车所受阻力时，需要将钩码取下；题图乙所示的纸带反映了小车在做加速运动，即木板垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带上打出的点迹均匀为止。

(2)当小车上的砝码质量为0时，小车的加速度为 a0＝，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝；题图丙中直线的函数关系式为 ＝km＋b，根据牛顿第二定律有F＝(m＋M)a，可解得 M＝，F＝。

答案：(1)钩码　减小　间隔相等(均匀)  (2)　

2．某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t。

(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝______；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法有(一种即可)________________ _________________。

(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系。下列图像能表示该同学实验结果的是(　　)

A　　　　　B　　　　　　C　　　　　D

(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________。(填选项前的字母)

A．可以改变滑动摩擦力的大小

B．可以更方便地获取多组实验数据

C．可以比较精确地测出摩擦力的大小

D．可以获得更大的加速度以提高实验精度

解析：(1)由d＝at2可得a＝。减小偶然误差的主要方法是多次测量，求平均值。

(2)由题意可知，F1是水瓶的重力，设绳中拉力为FT，对木板有a＝，在M板≫m水时，FT≈F1，a＝，排除A、B选项；逐渐增加水的质量，将不再满足T≈F1，而是T＜F1，将导致木板加速度的实际值较理论值偏小，故选项C正确，D错误。

(3)此方法可以连续改变质量，更方便地获取多组实验数据；可比较准确地测出摩擦力的大小。

答案：(1)　保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值　(2)C　(3)BC

3．某同学利用图甲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，如图乙所示。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，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：

甲　　　　　　　　　　　　乙

(1)根据该同学的实验结果，小车的加速度与钩码的质量成________(选填“线性”或“非线性”)关系。

(2)由图乙可知，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___________。

解析：(1)根据题图乙坐标系中给出的数据点连线，小车的加速度与钩码的质量成非线性关系。

(2)根据题图乙中的数据，可知小车受到较小的钩码的拉力作用时，没有加速度，故未平衡摩擦力或倾角过小，没有完全平衡摩擦力，即仍存在摩擦力。

(3)在实验中要求“直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力”需要满足两个条件：①平衡摩擦力；②钩码的质量远小于小车(含发射器)的质量。

答案：(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车(含发射器)的质量

4．某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了5个连续点之间的距离。

(1)物块下滑时的加速度a＝________m/s2，打C点时物块的速度v＝________m/s。

(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________。

A．物块的质量　B．斜面的高度　C．斜面的倾角

解析：(1)物块沿斜面下滑做匀加速直线运动，根据题图乙可得连续两段距离之差为0.13 cm，由a＝，得 a＝ m/s2＝3.25 m/s2，其中打C点时物块的速度 v＝＝ m/s＝1.79 m/s。

(2)对物块进行受力分析如图所示，

则物块所受合外力为F合＝mgsin θ－μmgcos θ，得a＝gsin θ－μgcos θ，得μ＝，所以还需测量的物理量是斜面的倾角θ。

答案：(1)3.25　1.79　(2)C

5．某同学用图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。

(1)通过实验得到如图乙所示的a­F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时，木板与水平桌面间的夹角________(选填“偏大”或“偏小”)。

(2)该同学在正确平衡摩擦力后进行实验，小车在实际运动过程中所受的拉力________(选填“大于”“小于”或“等于”)砝码和砝码盘的总重力；为了便于探究，减小误差，应使小车质量M与砝码和砝码盘的总质量m满足________的条件。

(3)该同学得到如图丙所示的纸带。已知打点计时器所用电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上连续的7个点。Δs＝sDG－sAD＝________ cm，由此可算出小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。

解析：(1)根据题图乙a­F图像可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时，木板与水平桌面间的夹角偏大造成的。

(2)根据牛顿第二定律，对小车有F＝Ma，对砝码和砝码盘有mg－F＝ma，解得F＝<mg，只有当 M≫m时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减小误差。

(3)由题图丙可读出sAD＝2.10 cm，sDG＝3.90 cm，所以Δs＝sDG－sAD＝1.80 cm，根据Δs＝aT2，解得a＝5.0 m/s2。

答案：(1)偏大　(2)小于　M≫m　(3)1.80　5.0