高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系课后作业题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系课后作业题，共9页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
1．在“探究a与F、m之间的关系”的实验中：
（1）某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图1所示．请你指出该装置中的错误或不妥之处并改正（写出两处即可）：① ；② ．
（2）如果该同学先平衡了摩擦力，以砂和砂桶的重力为F，在小车和砝码的总质量M保持不变的情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，测小车加速度a，作a–F的图象．如图2中的图线所示，则正确的是 ．
图2
（3）在平衡摩擦力后，他用打点计时器打出的纸带的一段如图所示，该纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器使用交流电的频率是50 Hz，则小车的加速度大小是 m/s2，当打点计时器打B点时小车的速度是 m/s．（结果保留2位有效数字）
（4）保持砂和砂桶的质量不变，改变小车中砝码的质量，进行多次测量，在坐标纸中画出小车a–图线如图4所示；根据作出的a–图象可以得到的结论是： ．
2．为了探究“物体质量一定时，加速度与力的关系”，甲、乙两同学设计了如图1所示的实验装置。其中带小滑轮的小车的质量为M，小滑轮的质量为，砂和砂桶的质量为m。力传感器可测出轻绳的拉力大小。
（1）实验时，不需要进行的操作是 。（填序号）
A．用天平测出砂和砂桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车
D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
（2）甲同学在实验中得到如图2所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电。根据纸带可求出小车在C点的瞬时速度为 m/s，加速度为 。（结果保留三位有效数字）
（3）甲同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象（图3）是一条直线，求得图线的斜率为k，同时用量角器测得图线与横坐标的夹角为，则小车的质量为 。（填序号）
A． B． C． D．
（4）乙同学根据测量数据做出如图4所示的a－F图线没经过原点，该同学做实验时存在的问题是 。
3．某实验小组利用题图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验。轻绳的张力可以通过力传感器读出，交流电的频率为50Hz，重力加速度取10m/s2。
（1）此实验装置 （填“需要”或者“不需要”）小车和车中砝码总质量远大于砂和砂桶的总质量；此实验装置 （填“需要”或者“不需要”）平衡摩擦力；
（2）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，实验小组根据实验数据作出了小车的加速度a和力传感器示数F的关系图如题图乙，图线不过坐标原点的原因可能是 ；
（3）实验过程中打出的一条纸带如题图丙所示，图中O、A、B、C、D、E、F为相邻的计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，则小车运动的加速度a= m/s2。（结果保留三位有效数字）
4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的装置
（1）实验中关于平衡摩擦力时，下列相关做法正确的是 。
A．把长木板右端垫高，要给小车前端挂上沙桶
B．小车不挂沙桶，但要拖动纸带，在打点计时器打点的状态下进行
C． 轻推一下小车，如果小车能从木板上滑下，表明已经消除了摩擦力
（2）在某次实验中，打出了一条纸带如下图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s，且相邻两个计数点之间有4个点未画出。纸带旁并排放着刻度尺，计数点1、3、5与计数点“0”间的距离分别为x1=1.20 cm、x3=5.40 cm、x5=12.00 cm，则计数点3、5间距离与计数点1、3间距离之差 cm，小车运动的加速度a= m/s2（结果保留三位有效数字）。
（3）在探究加速度与力的关系时，可认为细线对小车的拉力等于沙和沙桶的总重力。某同学根据测量数据作出的a-F 图像如上图丙所示。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 。
A．小车与木板之间存在摩擦
B．木板保持了水平状态
C．沙和沙桶的总质量太大
D．所用小车的质量太大
参考答案：
1． 打点计时器使用直流电源是错误的，应该使用交流电源 小车离打点计时器太远应将小车靠近打点计时器 C 0.39 0.38 在合外力一定时，加速度跟质量成反比
【详解】（1）由图示的实验装置可知：①打点计时器使用直流电源是错误的，应该使用交流电源；②小车离打点计时器太远．
（2）如果已经平衡了摩擦力，则刚开始a–F的图象是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到，不能满足砂和砂桶的质量远小于小车和砝码的总质量，此时图象发生弯曲，故C正确，ABD错误．
（3）纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器使用交流电的频率是50 Hz，相邻计数点的时间间隔是T=0.10s，应用匀变速直线运动的推论可知打B点时小车的瞬时速度：，根据逐差法可得加速度为：．
（4）根据作出图线可得出：图线为过原点的直线，表明在合外力一定时，加速度跟质量成反比．
2． AD 0.611 2.00 C 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
【详解】（1）[1]AD．实验时拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂）的质量远小于车的总质量，故AD符合题意；
B．实验中需要平衡小车与木板间的摩擦力，减小摩擦对实验的影响，故B不符合题意；
C．实验时先接通打点计时器电源，在释放小车，以便有效的利用纸带，故C不符合题意。
故选AD。
（2）[2]相邻两计数点间还有四个点没有画出，则相邻两个计数点的时间间隔为
根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可知小车在C点的瞬时速度为
[3]根据逐差法
可得小车的加速度为
（3）[4]由牛顿第二定律得
则
则有
故小车质量为
故选C。
（4）[5]由图可知，当F超过某一数值时，小车的加速度a才开始大于零，因此实验存在的问题是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。
3． 不需要 需要 见解析 2.01
【详解】（1）[1]因为实验装置中有力传感器，可直接测出绳子拉力，所以不需要小车和车中砝码总质量远大于砂和砂桶的总质量；
[2]因为轻绳的张力作为合外力，所以需要平衡摩擦力。
（3）[3]力传感器示数F为零时，已有加速度，说明平衡摩擦力过度。
（4）[4]相邻两计数点间还有4个点未画出，所以T=0.1s，由逐差法，可得
4． B 2.40 0.600 C
【详解】（1）[1]．平衡摩擦力，将木板右端适当垫高，不挂砝码和砝码盘，让小车拖着纸带在长木板上运动，当打点计时器在纸带上打出来的点是均匀分布，说明平衡了摩擦力，故B正确，AC错误；
（2）[2]．根据题意可知，计数点间的时间间隔为T=0.1s，由图乙算出计数点3、5间距离与计数点1、3间距离之差为：
△x=[（12-5.4）-（5.4-1.2）]cm=2.40cm
[3]．根据匀变速直线运动的推论△x=aT2解得：

（3）[4]．由于OA段a-F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：
mg=Ma
解得：

而实际上
可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M＞＞m造成的，故C正确，ABD错误。
故选C。