2019_2020学年新教材高中物理课时跟踪训练二十一实验：探究加速度与力质量的关系含解析新人教版必修第一册.doc

课时跟踪训练(二十一)　实验：探究加速度与力、质量的关系
A级—学考达标
1．[多选]在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法正确的是(　　)
A．“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零
B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂槽码通过细绳对小车施加的拉力
D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
解析：选BCD　小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的摩擦阻力相平衡，A错误，B正确；其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力，C正确；恰好平衡摩擦力时，小车拖动纸带，不给小车提供拉力，给小车一个初速度，小车做匀速直线运动，由打点计时器打出的纸带点迹间距应该是均匀的，D正确。

2．在如图所示的“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法错误的是(　　)

A．应尽量保证小车的质量远小于槽码的质量
B．应将木板右端适当垫高以平衡摩擦力
C．应保证牵引小车的细线与木板平行
D．应采用控制变量法分别研究加速度与质量及加速度与力的关系
解析：选A　“探究加速度与力、质量的关系”实验原理是：近似认为槽码的重力为小车所受合力，所以需要平衡摩擦力，需要牵引小车的细线与木板平行，B、C正确；实验中运用控制变量法研究各量间的关系，D正确；应使槽码的质量远小于小车的质量，A错误。
3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当m一定时，a与F的关系如表一所示；当F一定时，a与的关系如表二所示。
表一
F/N
1.00
2.00
3.00
4.00
a/(m·s－2)
1.90
3.95
5.85
7.62

表二
/kg－1
0.52
0.67
0.80
1.00
a/(m·s－2)
1.53
2.10
2.49
3.10

(1)在如图所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图像。

(2)由图像可以判定：当m一定时，a与F的关系成________；当F一定时，a与m的关系成________。
(3)在研究a与m的关系时，作了a­图像，而没作a­m图像，那么作a­图像的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)如图所示

(2)正比　反比
(3)a­m图像是曲线，难以找出规律；a­图像是直线，容易找出规律
4．利用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时：
(1)图乙中A、B图线分别为A、B两同学根据实验数据画出的小车的加速度a和所受拉力F的图像，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是________。

A．实验前A同学没有平衡摩擦力
B．A同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
C．实验前B同学没有平衡摩擦力或把长木板的末端抬得不够高
D．B同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
(2)在研究小车的加速度a和拉力F的关系时，由于没有满足M≫m的关系，结果应是下图中的图________。

解析：(1)由A同学测量的图线，发现当拉力为零时，加速度不为零，知平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得过高了。由B同学测量的图线，发现当拉力不为零时，加速度仍然为零，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。故B、C正确，A、D错误。
(2)在力比较小时，即满足M≫m的关系，图线为过原点的倾斜直线；随着力F的增大，即砝码和小盘总质量的增大，不再满足砝码和小盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现向下弯曲现象，故D正确。
答案：(1)BC　(2)D
5.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图甲所示的装置，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。
(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图乙所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为______ m/s，小车的加速度为______ m/s2。
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持____________________不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持______________不变。
(3)该同学通过数据的处理作出了a­F图像，如图丙所示，则图中直线不过原点的原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析：(1)D、F两点间的平均速度即为E点的瞬时速度，vE＝＝ m/s＝0.85 m/s
根据Δx＝aT2得：a＝＝ m/s2＝5.0 m/s2。
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变，即砂桶(含砂)的质量不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车的质量M不变。
(3)图中当F＝0时，a≠0。说明当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，也就是说小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板右端垫得过高。
答案：(1)0.85　5.0　(2)拉力F(砂和砂桶的总质量)　小车质量M　(3)平衡摩擦力过度(木板右端垫得过高)
B级—选考提能
6．如图甲为“探究加速度与力的关系”的实验装置图，小车的质量为M，槽码的质量为m。

(1)实验时打点计时器应使用________电源。(填“直流”或“交流”)
(2)实验中________。
A．应保持M不变，改变m
B．应保持m不变，改变M
C．应保证M比m小得多
D．应保持M和m的比值不变
(3)如图乙所示是实验中获得的一条纸带的一部分，选取A、B、C三个计数点，每相邻两个计数点间的时间间隔均为0.1 s，则小车运动的加速度大小是________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
(4)若某同学实验时遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他得到的a­F图像，应该是图丙中的________图线。(填“A”“B”或“C”)
解析：(1)打点计时器使用交流电源才能正常打点工作。
(2)由于研究的是加速度a与作用力的关系，所以要保证小车的质量M不变，而改变拉力F，拉力是用槽码的重力mg代替的，故选项A正确，B错误；拉力F＝Ma＝M×＝，要使F≈mg，必须满足m≪M，所以选项C、D均错误。
(3)由逐差公式求加速度，
a＝＝ m/s2＝0.57 m/s2。
(4)若某同学实验时遗漏了平衡摩擦力这一步骤，则当槽码有一定的拉力时，小车由于受摩擦力可能仍将不动，即加速度为零，所以得到的a­F图像是C图线。
答案：(1)交流　(2)A　(3)0.57　(4)C
7.某组同学设计的“探究加速度与力、质量的关系”实验装置简图如图甲所示，A为小车，B为电火花打点计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板。实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。
(1)某次实验时，测得小车和小车上的砝码总质量为800 g，则细砂和小桶的总质量较为合理的是________。
A．50 g　　　　　　　　 B．500 g
C．5 kg D．50 kg
(2)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz，根据纸带可求得电火花打点计时器打B点时的速度为________ m/s，小车的加速度大小为________ m/s2。(结果均保留两位小数)

(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图像。

(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，图线不通过坐标原点的原因是_____________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)为了使细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，则需要满足小车和小车上的砝码总质量远大于细砂和小桶的总质量，若小车和小车上的砝码总质量为800 g，则细砂和小桶的总质量较为合理的是50 g，选项A正确，B、C、D错误。
(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，
故vB＝＝1.63 m/s。
由Δx＝aT2可得，小车的加速度，
a＝＝1.72 m/s2。
(3)由坐标系中标注点可看到这些点大致在一条直线上，过这些点作一条直线，即为a与的关系图像，如图所示。

(4)F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。
答案：(1)A　(2)1.63　1.72　(3)见解析图　(4)未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够

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