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1、4.2实验：探究加速度与力、质量的关系1、 选择题1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验的准备阶段，在小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度。这样做的目的是()A. 测量小车运动的加速度B. 平衡摩擦力C. 测量小车运动的速度D. 测量木板倾斜的角度2.在探究加速度与力、质量关系的实验中，某同学设计了如图所示的实验装置。力传感器可测出轻绳中的拉力大小；两个滑轮均为轻质的、可自由转动的滑轮(转轴处的摩擦阻力很小，可忽略)；打点计时器接50Hz交流电源。实验中保持小车质量不变，改变砂桶中砂的质量，释放小车，读取力传感器的读数F，并根据打出的纸带计算出相应的小车加速度a。实验得到多组(F,a)
2、数据，作图得到aF图象(F在横轴，a在纵轴)。下列说法正确的是()A. 为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量B. 实验中需要用天平测出砂和砂桶的质量C. 若所用交流电的实际频率低于50Hz，则加速度的测量值偏大D. 若aF图象的斜率为k，则可知小车的质量为1k3某小组利用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，下列说法正确的是A调整定滑轮的高度，使细线与长木板平行B不需要平衡摩擦力C先释放小车，再启动打点计时器D小车的质量应远小于小盘和砝码的总质量4如图甲所示为某同学研究物体加速度与力和质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌
3、面上，前端各系一条轻细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，闭合夹子，两小车同时停止运动。实验中平衡摩擦力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车中的砝码来改变小车的总质量。该同学记录的实验数据如下表所示，则下列说法中正确的是（）实验次数小车1总质量 m1/g小车2总质量 m2/g小车1受合力F1/N小车2受合力F2/N小车1位移x1/cm小车2位移x2/cm12502500.100.2020.139.822502500.100.3015.244.532502500.20
4、0.30 19.830.842505000.100.1020.039.753004000.100.1020.315.163005000.100.1030.018.0A研究小车的加速度与合外力的关系可以利用1、2、3 三次实验数据B研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用2、3、6三次实验数据C对于“合外力相同的情况下，小车质量越大，小车的加速度越小”的结论，可以由第1次实验中小车1的位移数据和第6次实验中小车2的位移数据进行比较得出D通过对表中数据的分析，可以判断出第4次实验数据的记录不存在错误5某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验，如图所示是他正要释放小车时的情形，对此另一同学提出了
5、实验应改进的几点建议，其中合理的是（ ）应把长木板的右端适当垫高，以平衡摩擦阻力应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行应将打点计时器接在直流电源上应使小车离打点计时器远些ABCD6在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的实验装置与方案本实验的特点是通过黑板擦控制两小车的起动与停止，将测量两车的加速度转换为测量两车的位移实验中不需要测量的物理量是( )A小车运动的时间B小车通过的位移C盘和盘中重物的总质量D车和车上重物的总质量7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
6、确的是（ ）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，使小车能匀速滑动每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源实验中绳子拉力方向跟平板平行ABCD8某同学研究“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受力的关系”的实验，根据数据画出aF图象如图所示，该同学在实验中出现的问题可能是（）A摩擦力没有平衡B长木板的倾斜角过大C小车的质量发生了变化D绳子拉力方向没有与长木板平行2、 非选择题9用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验。实验时保持小
7、车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。（1）实验时先_（选填“挂”或“不挂”）钩码，后反复调整垫块的左右位置，直到小车做_运动，这样就达到补偿阻力的目的。（2）图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示。已知打点计时器接在频率为的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值_。（结果保留两位有效数字）（3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出关系图
8、像，如图丙所示。此图像的段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是_。（选填下列选项的序号）A小车与平面轨道之间存在摩擦 B平面轨道倾斜角度过大C所挂钩码的总质量过大 D所用小车的质量过大10.某同学用图示的装置来验证加速度和质量成反比，在自制的双层架子上固定平板玻璃，架子放在水平桌面上，连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连，实验步骤如下：在两个小桶中装入适量细沙，并使两桶质量(含沙子)相同两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照，在照片上，通过装置上的刻度尺，测出甲、乙两车运动的距离s1、s2，在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤(1
9、)本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车的质量成_，来验证合外力一定时加速度与质量成反比；(2)实验前，该同学将装置的左端适当垫高了一些，目的是_；实验过程中_车(填“甲”或“乙”)受到的拉力更接近沙桶(含沙子)的重力(3)若该同学以为横坐标，以乙车(含砝码)的质量m为纵坐标，作出的图线是直线，该直线的斜率为_的质量(填“甲车”、“乙车”(含砝码)或“沙桶”(含沙子)11某同学利用如图7甲装置探究小车速度随时间变化的规律。 （1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有_ A电压合适的50 Hz交流电源C刻度尺 B电压可调的直流电源 D秒表 （2）图7乙是实验中打出的一段纸带，在打出的点中， 从
10、O点开始每5个打点间隔取1个计数点， 分别记为A、B、C、D、E、F，相邻计数点间的距离已在图中标出。已知打点计时器的打点周期为 0.02s。打点计时器打下计数点C、D的这段时间内，小车的平均速度vCD=_m/s。 （3）如果不要求很精确，可用这个平均速度vCD粗略地表示打点计时器打下C点时小车的瞬时速度 vC。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_（选填 “越大越好”“越小越好”或“与大小无关”）。 （4）类似的，我们可以得到打点计时器 打下O、A、B、D、E点时小车的瞬时 速度vO、vA、vB、vD、vE，并画出v - t图像。观察v - t图像， 可以判断小车是否做
11、匀变速直线运动。v - t图像中，图线斜率的物理意义是_。12.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t1、t2都可以被测量并记录，滑行器连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，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？_。(2)若取M0.4 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_。Am15 g Bm215 gCm340
12、g Dm4400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求加速度的表达式为：a_。(用t1、t2、D、x表示)13某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。（1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力，该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻推小车，让打点计时器在纸带上打出一系列_的点，说明小车已平衡摩擦力。（2）如果该同学先如（1）中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂和砂桶的质量最终达到M，测小车加速度a，作a
13、-F的图像。下列图线正确的是_。ABCD（3）下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB4.22cm，xBC4.65cm，xCD5.08cm，xDE5.49cm，xEF5.91cm，xFG6.34cm，已知打点计时器的工作频率为50Hz，则纸带上D点的速度vD=_m/s，小车的加速度a_m/s2（结果保留两位有效数字）。（4）若实际工作频率是48Hz，而该同学不知情，则该同学算出来的加速度_真实值（填“大于”、“等于”、“小于”）。14.某同学设计了一个探究保持物体所受的合外
14、力不变，加速度a与物体质量m关系的实验，图甲为实验装置简图。设沙和沙桶的总质量为m,改变小车的质量M,研究小车的加速度a和质量M之间的关系。在平衡了摩擦力之后，打点计时器打出的某一条纸带如图乙所示，若打点计时器所用的交流电的频率为f,试解答下列问题：(1)该实验中小车所受的合外力F一定 (填“大于”、“等于”或“小于”)沙和沙桶的总重力mg。(2)该实验可用图象法处理数据，应作a和 (填“M”或“”)的图象进行分析研究。(3)根据图乙纸带的数据计算小车的加速度时，为了减少实验误差，一般采用 来处理数据。该方法是把所有的实验数据都用上，从而减少实验误差。(4)若实验中测得
15、的加速度大小为a0,结合给定的纸带数据，可算出交流电的源率为f= 。15.某实验小组利用如图所示的装置验证牛顿第二定律.原理是利用牛顿第二定律计算小车加速度的理论值，通过纸带分析得到的实验测量值，比较两者的大小是否相等从而验证牛顿第二定律.(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力后的实验过程中打出了一条纸带如图所示.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.该小车的加速度的实验测量值a测= _m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)如果用天平测得小车和车内钩码的总质量为M,砝码和砝码盘的总质量为m，则小车加速度的理论值为a理=_(当地的重力加速
16、度为g)(3)对于该实验下列做法正确的是(填字母代号)A.在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时,将砝码和砝码盘通过定滑轮拴小车上B.调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行C.小车和车内钩码的总质量要远大于砝码和砝码盘的总质量D.通过增减小车上的钩码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度E.实验时，先放开小车再接通打点计时器的12.某物理兴趣小组的同学用来“验证牛顿第二定律”。同学们在实验中，都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，通过改变小桶中砂的质量改变拉力。为使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，实验中需要平衡摩擦力。（1）下列器材中不必要的是 A低压交流电源 B
17、秒表 C天平（含砝码） D刻度尺（2）下列实验操作中，哪些是正确的 A调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器的电源C平衡摩擦力时，将悬挂小桶的细线系在小车上D平衡摩擦力时，让小车后面连着已经穿过打点计时器的纸带（3）图10甲是某同学实验中获得的一条纸带。A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，A、C间的距离为x2，则小车的加速度a=_（用字母表达）。（4）图乙是小刚和小芳两位同学在保证小车质量一定时，分别以砂和小桶的总重力mg为横坐标，以小车运动的加速度a为纵坐标，利用各自实验数据作出的amg图像
18、。由小刚的图像，可以得到实验结论： 。小芳与小刚的图像有较大差异，既不过原点，又发生了弯曲下列原因分析正确的是 A图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过大B图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过小C图像发生弯曲，可能是砂和小桶的质量过大 D图像发生弯曲，可能是小车的质量过大 （5）正确平衡摩擦力后，小组中一位同学保持砂和小桶总重力mg不变，通过在小车上增加砝码改变小车质量，进行实验并得到实验数据。处理数据时，他以小车和砝码的总质量M为横坐标，1/a为纵坐标，作出1/aM关系图像，示意图如图丙所示，发现图线在纵轴上有截距（设为b）。该同学进行思考后预测：若将砂和小桶总重力换成另一定值（m+m）g，重复上述实验过程，再作出1/aM图像。两次图像的斜率不同，但截距相同均为b。若牛顿定律成立，请通过推导说明该同学的预测是正确的。