人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系课后测评

这是一份人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系课后测评，共18页。试卷主要包含了实验题，单选题，多选题等内容，欢迎下载使用。


一、实验题
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法。（以下各题均选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”）
(1)对阻力的处理：______________________________________。
(2)实验设计思路：______________________________________。
(3)对小车所受合力的简化：_____，即当小车质量M车≫m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所挂槽码的重力m槽g。
(4)实验数据处理的科学方法：_____。
(5)由图像转化为图像，所用的科学方法：_____。
2．某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及质量关系的实验，下图甲为实验装置简图，电源交流电的频率为50 Hz．
（1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小______．（结果保留两位有效数字）
（2）保持砂和小砂桶的总质量不变， 改变小车质量，分别得到小车加速度与质量及对应的倒数，数据如下表所示：
试在丙中绘制出图线，（_______）；并根据图线写出与之间的关系式： _________．

（3）若保持小车质量不变，改变砂和小砂桶的总质量，该同学根据实验数据作出了如图丁所示的加速度随合力的变化图线，则该图线不通过原点的主要原因是：_______．
3．为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m。回答下列问题：
（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？
答：_____________________。
（2）若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。
A．m＝5 g B．m＝15 g C．m＝40 g D．m＝400 g
（3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，写出该加速度的表达式：____________。（用Δt1、Δt2、D、x表示）
4．某同学设计了如下实验方案用来“探究加速度与力、质量的关系”：
①如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，将滑块通过细绳与带夹子的重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下夹一纸带，穿过固定的打点计时器，调整木板倾角，直到向下轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动。
②如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近定滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使滑块由静止开始加速运动。打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电源，打出的纸带如图丙所示，A、B、C、D、E是纸带上的五个计数点。
(1)图乙中滑块下滑的加速度为_____m/s2。（结果保留两位有效数字）
(2)若重锤质量为m，滑块质量为M，重力加速度为g，则滑块加速下滑时受到的合力大小为_____。
(3)该同学在保持滑块质量不变的情况下，通过多次改变滑块所受合力F，探究加速度与力的关系。下列改变滑块所受合力F的操作中，正确的是_____。
A．保持长木板的倾角不变，改变重锤的质量
B．保持重锤的质量不变，改变长木板的倾角
C．使重锤的质量和长木板的倾角同时改变
5．用如图所示的装置研究在作用力一定时，小车的加速度与小车质量（含砝码）的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及打点计时器其中所装砂子的质量；
B．按图所示装好实验器材；
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；
D．将电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；
E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上砝码的个数，并记录每次增加砝码后小车和砝码的总质量，重复上述实验；
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
G.作出图像，并由图像确定与的关系．
（1）该同学漏掉的重要实验步骤是_______，该步骤应排在步骤_______后.
（2）在上述步骤中，有错误的是_______，应把_______改为_______．
（3）在上述步骤中，不恰当的是_______，应把_______改为_______．
6．(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学组装了如图甲所示的装置。
①图示实验装置中除未补偿阻力外，还有一处错误是_____________。
②关于补偿阻力的操作过程，下列说法正确的是_________。（填字母代号）
A．应将长木板的右端适当垫高
B．应将重物通过细绳与小车相连
C．应将纸带穿过打点计时器并与小车相连
D．如果小车能在长木板上保持静止，就表明阻力已经得到补偿
(2)图乙为某次实验所得的纸带，打点计时器打点的时间间隔为0.02s，E点在刻度尺上的读数为_____cm，可求出小车的加速度为_____m/s2。
7．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示。
(1)根据表中的数据在如图所示的坐标系中作出图像_________。
(2)由图像可得加速度a与拉力F的关系式是___________。
(3) 图线不过坐标原点的原因是___________。
A．未补偿阻力 B．阻力补偿过度
(4)图线（或其延长线）在F轴上的截距的物理意义是______________。
8．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.
（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s.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．该小车的加速度a=___________m/s2.（结果保留两位有效数字）
（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
请根据实验数据作出a-F的关系图像_____.
（3）根据提供的试验数据作出的-F图线不通过原点，请说明主要原因_____．
9．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。开始时将木板右端置于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，并用秒表记下木板运动到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，可以采用的方法是（一种即可）_____。
(2)用加水的办法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_____。
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滑动摩擦力的大小
D．可以获得更大的加速度以提高实验精度
10．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
(1)下列不必要的一项实验要求是_____（请填写选项前对应的字母）。
A．应使A位置与光电门间的距离适当大些
B．应将气垫导轨调节水平
C．应使细线与气垫导轨平行
D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____。
11．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系。
(1)已知两个光电门中心之间的距离x=24cm，遮光条的宽度d=0.52cm。该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=_____，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=_____，则滑块的加速度的表达式a=_____。（以上表达式均用字母表示）
(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据，通过分析表中数据，你得出的结论是___________。
(3)现需通过图像进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图乙坐标系中描点并作出相应的图像____________。
二、单选题
12．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中正确的是（ ）
①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力
②平衡摩擦力的方法就是，在砂桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力
④实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源
⑥实验中绳子拉力方向跟平板平行
A．①④⑤B．②③⑥C．①③⑥D．①④⑥
13．如图所示为探究小车加速度与所受合力关系的实验示意图局部．该实验中，两小车各自受到向左的恒定拉力，通过控制铁夹子同时释放让两小车同时由静止开始运动，然后通过铁夹子同时夹住小车后面的细线使小车同时突然停止运动从而使小车近 似做了一段匀加速直线运动，进而比较两小车的加速度．关于此实验中两小车加速度的判断，下列说法正确的是（ ）
A．两小车的加速度之比等于位移之比
B．两小车的加速度之比等于位移的反比
C．两小车的加速度之比等于位移平方之比
D．两小车的加速度之比等于位移平方的反比
三、多选题
14．用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．牵引小车的轻绳应和长木板保持平行
B．将电火花计时器接在8V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
C．在探究a与质量M的关系时，作出图像能更直观地判断二者间的关系
D．轻绳对小车的拉力一定等于砂和砂桶的总重力
15．如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（ ）
A．形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大
B．形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小
C．形成图丙的原因是所挂槽码质量远小于小车质量
D．形成图丁的原因是所挂槽码质量与小车质量相当
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
加速度a/m·s－2
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
质量倒数/kg－1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a/（m·s-2）
0.11
0.19
0.29
0.40
0.51
砝码盘中砝码总重力F(N)
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a（m·s-2）
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
m/g
250
300
350
400
500
800
a/（m·s-2）
2.02
1.65
1.33
1.25
1.00
0.63
/kg-1
4.00
3.33
2.86
2.50
2.00
1.25
参考答案
1．阻力补偿法 控制变量法 近似法 图像法 化曲为直法
【详解】
(1)[1]由于小车运动时受到摩擦等阻力，所以要补偿阻力，以减小实验误差，称为阻力补偿法。
(2)[2]在探究加速度与力、质量的关系时，先保持力或质量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法。
(3)[3]当小车质量M车≫m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所挂槽码的重力m槽g，称为近似法。
(4)[4]通过图像研究实验数据，称为图像法。
(5)[5]在作图时，由图像转化为图像，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法。
2．3.2 图见解析 实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分
【详解】
（1）[1]．相邻计数点之间还有1个点，说明相邻的两个计数点时间间隔为0.04s；运用匀变速直线运动的公式△x=at2解得：
（2）[2][3]．根据表格数据，通过描点，作出图线，如下图所示．
由图象可知，图象是一条过原点的倾斜的直线，所以a与成正比，根据图象运用数学知识求出物理量的关系式：
（3）[4]．当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消，原因是实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分．
3．取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录两个光电门的光束被挡的时间Δt相等，则调节已经到位 D
【详解】
（1）如果气垫导轨水平则不挂砝码时，滑行器M能在任意位置停留，或推动滑行器M后，能使滑行器M做匀速运动。
（2）该实验要求牵引砝码的质量远小于滑行器同上面挡光片的总质量，因D.m＝400 g与滑行器总质量一样大，所以D错误。
（3）挡光片经光电门G1时速度为: ,经光电门G2时速度为:
根据：
可得：
4．3.9 mg C
【详解】
(1)[1]充分利用纸带中数据，用逐差法可得
(2)[2]滑块通过细绳与带夹子的重锤相连时，滑块匀速下滑，说明滑块重力沿斜面向下的分力和摩擦力之差等于重锤的重力大小，取下细绳和重锤，滑块加速下滑受到的合力大小为mg。
(3)[3]改变滑块所受合力F，即改变重锤的重力，需要重新平衡摩擦力，平衡摩擦力时需把滑块通过细绳与带夹的重锤相连，方法是重新调整木板的倾角，使在图甲所示情景中滑块仍可沿木板匀速运动。
故选C。
5．平衡摩擦力 B 步骤D 电压为6 V的蓄电池 6 V以下的交流学生电源 步骤G 图像 图像
【详解】
（1）[1][2]．实验中把小桶及其中砂子所受的总重力视为小车所受的拉力，没有考虑摩擦力，必须在安装好实验器材后平衡摩擦力，即该步骤应排在步骤B后；
（2）[3][4] ．有错误的是步骤D；电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上将无法工作，必须接在6V以下的交流学生电源上；
（3）[5][6]． 不恰当的是G；作出图像，得到的是曲线，很难作出正确的判断，应“化曲为直”，作出图像．
6．拉小车的细绳没有与长木板平行 AC 3.80 0.20
【详解】
(1)[1]实验要求拉力平行于长木板，题图中拉小车的细绳没有与长木板平行。
[2]补偿阻力正确的操作：纸带穿过打点计时器并与小车相连，将长木板的右端适当垫高，轻推小车，如果纸带上的点迹均匀分布，说明小车做匀速直线运动，代表阻力已经得到补偿。
故选AC。
(2)[3]读数为3.80cm。
[4]由题图中数据可知AB=0.60cm，BC=0.80cm，CD=1.10cm，DE=1.30cm，EF=1.50cm，FG=1.70cm，GH=1.90cm，HI=2.10cm，可知AC间的点误差较大，取CI段计算，根据逐差法可得小车的加速度
7． A 小车受到的阻力为0.1N
【详解】
(1)[1]根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作出的a-­F图像如图所示。
(2)[2]根据(1)中图像可知加速度a与拉力F的关系式是
(3)[3]由a­F图像可知，当力F=0.1N时，小车才开始运动，说明未补偿阻力。
[4]图线在F轴上的截距的物理意义是小车受到的阻力为0.1N。
8．0.16(0.15也算对) 未计入砝码盘的重力
【详解】
（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式，关键弄清公式中各个量的物理意义，为连续相等时间内的位移差，t为连需相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两点的时间间隔为t=0.1s，（3.68-3.52）m，带入可得加速度=0.16m/s2．也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度=0.15m/s2.
（2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜．由此确定F的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适．设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点．如图所示．
（3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解．与纵坐标相交而不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力．
9． 保持F1不变，重复实验，多次测量，求平均值 BC
【详解】
(1)[1]由
可知
[2]减少偶然误差的方法是多次测量取平均值，即保持F1不变，重复实验，多次测量，求平均值。
(2) A．不可以改变滑动摩擦力的大小，A错误；
B．缓慢向瓶中加水，可以更方便地获取多组实验数据，B正确；
C．缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较精确地测出摩擦力的大小， C正确；
D．并没有获得很大的加速度，可以获取多组实验数据以提高实验精度，D错误。
故选BC。
10．D A位置到光电门的距离L
【详解】
(1)[1]A．位置与光电门间的距离适当大些可以减小测量误差，故A正确；
B．应将气垫导轨调节水平，使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故B正确；
C．应使细线与气垫导轨平行，从而使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故C正确；
D．细线对滑块的拉力可以直接通过力传感器测量，不需要满足滑块的质量远大于钩码和力传感器的总质量这一条件，故D错误。
故选D。
(2)[2]根据匀变速直线运动的规律，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，根据，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是A位置到光电门的距离L。
11． 当合外力一定时，物体运动的加速度跟物体的质量成反比
【详解】
(1)[1][2][3]遮光条的宽度很小，遮光条通过光电门的时间极短，遮光条在极短时间内的运动可看成匀速运动，故通过两光电门的瞬时速度分别为
v1=
v2=
遮光条从光电门2到光电门1做匀加速直线运动，由
可得
(2)[4]当合外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似相等，所以加速度跟质量成反比。
(3)[5]如图所示。
12．D
【详解】
实验时首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力，故①正确；平衡摩擦力的方法就是，小车与纸带相连，小车前面不挂小桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，看小车能否做匀速直线运动，故②错误；每次改变拉小车的拉力后都不需要重新平衡摩擦力，故③错误；实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力是正确的，故④正确；实验中应先接通电源，后放开小车，故⑤错误；实验中绳子拉力方向跟平板平行，故⑥正确。
故选D．
13．A
【详解】
两个小车运动的时间相等，由位移公式知： ，所以位移和加速度应该成正比的关系；故A正确；
故选A。
14．AC
【详解】
A．牵引小车的轻绳只有与长木板保持平行，才能使轻绳对小车的拉力等于小车所受的合力，A正确；
B．电火花计时器应接在220V交流电源上，B错误；
C．在探究a和质量M的关系时， 图像为一曲线，不易判断a与M的关系，故可作图像，图像为过原点的直线，能更直观地判断二者间的关系，C正确；
D．只有小车的质量远大于砂和砂桶的总质量，才可认为轻绳对小车的拉力等于砂和砂桶的总重力，D错误。
故选AC。
15．AD
【详解】
A．图甲a­F图像中，当F=0时，加速度a≠0，说明F=0时，小车受到的合力已不等于零，即补偿阻力时长木板倾角过大，使小车重力沿斜面向下的分力大于阻力，A正确；
B．图乙 时，m趋于无穷大，在有限的力F下有不为0的加速度，说明重力沿斜面向下的分力大于阻力，即补偿阻力时长木板倾角过大，B错误；
CD．图丙、丁中图线弯曲的原因均是不满足所挂槽码质量远小于小车质量，槽码重力不近似等于小车所受合力， C错误D正确。
故选AD。