2020-2021學年新人教版選修第一冊4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系課時作業(yè)7（含解析）1．某實驗小組的朋友在“驗證牛頓第二定理”實驗中，使用了如圖所示的實驗裝置．（1）在下述檢測工具中，本次實驗須要用的檢測儀器有．A．游標千分尺B．刻度尺C．秒表D．天平（2）實驗中，為了可以將細線對貨車的拉力看成是貨車所受的合外力，某同事先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接出來還須要進行的一項必須且正確的操作是．A．將長木板水平放置，讓貨車連著早已穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)砂和砂桶的總質(zhì)量的大小，使貨車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判定貨車是否做勻速運動B．將長木板的右端墊起適當?shù)母叨龋屫涇囘B著早已穿過打點計時器的紙帶，撤掉砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推一下貨車，從打出的紙帶判定貨車是否做勻速運動C．將長木板的右端墊起適當?shù)母叨龋返艏垘б约吧昂蜕巴埃p推一下貨車，觀察判定貨車是否做勻速運動（3）某同事在做保持貨車質(zhì)量不變，驗證貨車的加速度與其合外力成反比的實驗時，依據(jù)測得的數(shù)據(jù)做出如圖所示的a﹣F圖線，所得的圖線既不過原點，又不是直線，誘因可能是．A．木板右端所墊物體較低，致使木板的夾角偏小B．木板右端所墊物體較高，致使木板的夾角偏大C．貨車質(zhì)量遠小于砂和砂桶的質(zhì)量D．砂和砂桶的質(zhì)量不滿足遠大于貨車質(zhì)量（4）在某次借助上述已調(diào)整好的裝置進行實驗時，保持砂和砂桶的總質(zhì)量不變，貨車自身的質(zhì)量為M且保持不變，改變貨車中砝碼的質(zhì)量m，并測出貨車中不同砝碼質(zhì)量時所對應的加速度a，以m為橫座標，以為縱座標，在座標紙上做出如圖所示的關系圖線，實驗結果驗證了牛頓第二定理．假若圖中橫軸上的截距為b，則貨車遭到的拉力大小為．（5）右圖是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：SAB＝4.20cm、SBC＝4.65cm、SCD＝5.10cm、SDE＝5.54cm、SEF＝6.00cm、SFG＝6.46cm，已知打點計時器的工作周期為0.02s，則貨車的加速度a＝/s2．(結果保留2位有效數(shù)字)2．某研究性學習小組的朋友們欲探究貨車質(zhì)量不變時其加速度與力的關系，該小組在實驗室設計了一套如圖甲所示的實驗裝置，圖中A為貨車，B為打點計時器，C為力傳感（可測繩子的拉力），P為內(nèi)有石子的大桶，M是一端帶有定滑輪的水平放置的足夠長的木板，不計繩子與滑輪間的磨擦。
由靜止釋放貨車A，可通過剖析紙帶求出面包車的加速度。(1)請強調(diào)圖甲實驗裝置的安裝中須要改進之處：。(2)改進實驗裝置后再按上述方案做實驗，是否須要滿足砂桶和砂子的總質(zhì)量遠大于貨車質(zhì)量？（填“需要”或“不須要”）(3)已知交流電源的頻度為50Hz，某次實驗得到的紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得貨車的加速度a=/s2。（結果保留2位有效數(shù)字）3．某研究性學習小組用如圖甲所示裝置探究“物體加速度與合外力的關系”。該實驗裝置中，貨車的質(zhì)量為M，沙桶和沙的總質(zhì)量為m，彈簧測力計的示數(shù)為F；通過改變m可改變貨車所受的合外力大小，貨車的加速度a可依照打點計時器頻度和打出的紙帶檢測、計算后得出。現(xiàn)保持貨車的質(zhì)量M不變，多次改變沙桶和沙的總質(zhì)量m后，得到多組a、F值。(1)為盡量減少實驗偏差，下述合理的是；A．須要平衡貨車所受的磨擦力B．控制沙桶和沙的總質(zhì)量遠大于貨車的質(zhì)量C．測出動滑輪、沙桶、沙的總質(zhì)量mD．滑輪的磨擦足夠小，繩的質(zhì)量要足夠輕E．先釋放貨車，后接通打點計時器的電源(2)已知所用交流電源頻度為50Hz。某次實驗時打出的紙帶如圖乙所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。
則貨車的加速度大小為/s2.（保留兩位有效數(shù)字）。(3)某同事按照實驗數(shù)據(jù)畫出了的圖象如圖丙所示，直線的橫截距為F0、縱截距為a0，直線不過座標原點的緣由是，貨車的質(zhì)量M＝。4．某實驗小組分別做“探究加速度和力、質(zhì)量的關系”實驗。實驗小組用如圖甲所示裝置做實驗，圖中帶滑輪的長木板固定于水平桌面上，拉力傳感與固定在貨車一端的定滑輪之間的輕繩仍然與長木板平行，傳感可直接顯示繩上拉力的大小。(1)某同事進行了以下實驗操作步驟，其中正確的步驟是。A．將紙帶固定在貨車尾部，并穿過打點計時器的限位孔B．把一條輕繩拴在貨車上，輕繩越過定滑輪，下邊吊著適當重的砂桶C．拉住紙帶，將貨車移到緊靠打點計時器的一端后，放開紙帶，再接通電源(2)該朋友依照自己的實驗操作，得到如圖乙所示的貨車加速度a拉力傳感示數(shù)F的圖線，橫、縱軸截距分別為F0與－a0，根據(jù)a－F圖象可求得貨車質(zhì)量M=。(3)在規(guī)范的操作下，打出一條如圖丙所示的紙帶，每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫下來，紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器的工作頻度為50Hz。
打點計時器打計數(shù)點D時貨車的瞬時速率vD＝/s；貨車做勻加速直線運動的加速度a＝/s2。（結果均保留三位有效數(shù)字）5．如圖甲所示的實驗裝置可拿來檢測鐵塊與貨車之間的動磨擦質(zhì)數(shù)μ。（1）鐵塊置于貨車的右端，細線聯(lián)接在鐵塊和桌上的立柱之間，細線有拉力時處于水平方向。另一根水平細線聯(lián)接在貨車的右端，越過桌邊的定滑輪，細線的上端系有力傳感和一只裝水的大桶。桌面上安裝有一個光電門（未畫出），可記錄貨車的運動時間。貨車與桌面，滑輪與軸間的磨擦均忽視不計。（2）每次做實驗，兩條細線都有張力后，讓貨車由靜止開始在水平方向做勻加速直線運動，光電門記錄貨車在最初三段位移L（鐵塊未脫離貨車）對應的運動時間t，力傳感記錄貨車的拉力F。（3）改變大桶中水的質(zhì)量，重復前面的實驗，取重力加速度大小為g。（4）正確記錄每一組F與t相對應的數(shù)據(jù)，做出F－的函數(shù)關系圖象如圖乙所示。①通過圖象估算出面包車的質(zhì)量M＝。②若鐵塊的質(zhì)量與貨車質(zhì)量相等，通過圖象估算出鐵塊與貨車之間的動磨擦質(zhì)數(shù)μ＝。6．一細繩越過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示。一實驗小組用此裝置檢測小球B運動的加速度。
令兩小球靜止，細繩拉緊，之后釋放小球，測得小球B釋放時的高度h0=0.590m，增長一段距離后的高度h=0.100m；由h0增長至h所用的時間T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小為a=/s2（保留3從實驗室提供的數(shù)據(jù)得悉，小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g，當?shù)刂亓铀俣却笮間=9.80m/s2。依據(jù)牛頓第二定理估算可得小球B加速度的大小為a′=/s2（保留3位有效數(shù)字）。可以看出，a′與a有顯著差別，除實驗中的碰巧偏差外，寫出一條可能形成這一結果的緣由：。7．某同事在做“探究合外力與加速度之間關系”的實驗，實驗裝置如圖甲所示。(1)按圖甲正確組裝實驗器材，平衡貨車所受的阻力。(2)如圖乙所示為某次實驗中打出的一條紙帶的一部份，A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有兩個打出的點沒有畫出。已知打點計時器的電源頻度為，由此可算出面包車的加速度_____（保留兩位有效數(shù)字）。(3)研究實驗數(shù)據(jù)發(fā)覺，小砂桶和桶內(nèi)砂子的總重力總是略小于貨車和小砂桶及桶內(nèi)砂子的總質(zhì)量與加速度的乘積，其緣由可能是_____（填正確答案標號）。
A．小砂桶和桶內(nèi)砂子的總重力小于細線的拉力B．未完全平衡磨擦力C．平衡磨擦力過度D．交流電源的實際頻度小于8．在探究加速度與力、質(zhì)量關系的實驗中，某同事設計了如圖所示的實驗裝置。力傳感可測出輕繩中的拉力大小。(1)實驗中為探究加速度與力的關系，一定要進行的操作是。A．為減少偏差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠大于貨車的質(zhì)量B．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量C．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡磨擦力D．貨車緊靠打點計時器，先接通電源，再釋放貨車，打出一條紙帶，同時記錄力傳感的示數(shù)(2)在正確操作的前提下，該朋友在實驗中得到如圖所示的一條紙帶（兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出）。已知打點計時器采用的是頻度為50Hz的交流電，按照該紙帶，可求打計數(shù)點2時貨車的速率大小v2＝m/s，貨車的加速度為/s2（結果保留三位有效數(shù)字）。若打點計時器交流電源的實際頻度偏大，則貨車加速度的檢測值比真實值（選填“偏小”“不變”或“偏大”）。9．某同事用如圖甲所示的裝置探究加速度與力和質(zhì)量的關系。該實驗開始前須要平衡磨擦力，在平衡磨擦力時（選填“需要”或“不須要”）掛沙桶，每次改變貨車的質(zhì)量后（選填“需要”或“不須要”）重新平衡磨擦力。
在研究加速度與力的關系時，得到了如圖乙所示的圖線，為防止系統(tǒng)偏差應采取的舉措是。A．調(diào)整木板的夾角，在未掛沙桶時使貨車能在木板上勻速運動B．在降低沙桶中沙的質(zhì)量時，在貨車上降低鉤碼使沙和沙桶的總質(zhì)量遠大于貨車和鉤碼的總質(zhì)量C．力傳感綁在貨車上，通過細線連接力傳感與沙桶，使勁傳感的示數(shù)表示貨車所受拉力的大小D．將沙桶換成質(zhì)量不變的鉤碼進行實驗在研究加速度與質(zhì)量的關系時，要保證沙和沙桶的質(zhì)量不變。若沙和沙桶的質(zhì)量m不是遠大于貨車的總質(zhì)量，則由實驗數(shù)據(jù)做出的圖象應是．B．C．D．10．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，某同事使用了如圖甲所示的裝置，打點計時器使用的交流電頻度為50Hz。（1）該朋友得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖乙所示，自A點起，相鄰兩點的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時貨車的速率為/s，貨車的加速度為/s2。（結果保留兩位有效數(shù)字）（2）該朋友要探究貨車的加速度a和質(zhì)量M的關系，應當保持_____不變；若該朋友要探究加速度a和拉力F的關系，應當保持不變。
（3）該朋友通過數(shù)據(jù)的處理做出了a－F圖象，如圖丙所示，則圖中直線不過原點的緣由可能是____。參考答案1．BDBADM/b0.45m/s2【解析】【分析】【詳解】（1）[1]．“驗證牛頓第二定理”實驗須要用天平檢測貨車、砂、砂桶的質(zhì)量，須要用刻度尺測出計數(shù)點間的距離，故選BD；（2）[2]．貨車下降時遭到重力、細線的拉力、支持力和磨擦力，要使拉力等于合力，則應當用重力的下降份量來平衡磨擦力，可以將長木板的一段墊高，撤掉砂和砂桶，輕推貨車，從打出的紙帶判定貨車是否做勻速運動，故B正確；故選B；（3）[3]．由圖所示圖像可知，直線沒過原點，當a=0時，F(xiàn)＞0．也就是說當繩子上有拉力時貨車沒有加速度，說明貨車的磨擦力小于重力沿斜面向上的分力，實驗前沒有平衡磨擦力或平衡磨擦力不足，平衡磨擦力時，所墊木板太低．從圖像上可以看出：F從0開始降低，砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠大于車的質(zhì)量，漸漸的砂的質(zhì)量在降低，這么在前面砝碼和砝碼盤的質(zhì)量就沒有遠大于車的質(zhì)量了，這么繩子的拉力與砝碼和砝碼盤的總重力就相差大．所以緣由是砝碼和砝碼盤的質(zhì)量沒有遠大于車的質(zhì)量．故AD正確，BC錯誤，故選AD；（4）[4]．按照題意，由牛頓第二定理得：F=（M+m）a，則則-m圖像的截距：b=貨車遭到的拉力大小：F=；（5）[5]．設相鄰兩個計數(shù)點之間的位移分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6，相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T=5×0.02=0.1s，由△x=aT2結合逐差法得：；點睛：本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理；應用牛頓第二定理求出圖像的函數(shù)表達式是求出面包車所受合力的關鍵，要把握應用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的方式．2．應將長木板上端適當墊高，以平衡磨擦力不須要3.2【解析】【分析】【詳解】（1）[1]因為貨車及紙帶運動要遭到磨擦阻力的作用，因而實驗時應將長木板上端適當墊高，以平衡磨擦力；（2）[2]因為繩子中接有力傳感，可以直接讀出繩子的拉力，因而不須要滿足砂桶和砂子的總質(zhì)量遠大于貨車的質(zhì)量。
（3）[3]按照勻變速直線運動的結論公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得3．AD2.0未平衡磨擦力或平衡磨擦力不足【解析】【分析】【詳解】(1)[1]A．實驗時須要平衡貨車所受的磨擦力，選項A正確；BC．由于有彈簧測力計檢測貨車所受的拉力，則不須要控制沙桶和沙的總質(zhì)量遠大于貨車的質(zhì)量，也不須要測出動滑輪、沙桶、沙的總質(zhì)量m，選項BC錯誤；D．滑輪磨擦和繩子的重力會影響示數(shù)，所以滑輪磨擦足夠小，繩的質(zhì)量要足夠輕，故D正確；E．實驗時，若先放開貨車，再接通打點計時器電源，因為貨車運動較快，可能會使打下來的點極少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，所以要先接通電源后釋放貨車，選項E錯誤。故選AD。(2)[2]圖中相鄰兩點間有4個點未畫出，則T=0.1s；則貨車的加速度大小為(3)[3]由圖象可知，當F抵達一定值時貨車才有加速度，可知緣由是未平衡磨擦力或平衡磨擦力不足；[4]由可知則解得4．AB1.211.98【解析】【分析】【詳解】(1)[1]A．將紙帶固定在貨車尾部，并穿過打點計時器的限位孔，選項A正確；B．把一條輕繩拴在貨車上，輕繩越過定滑輪，下邊吊著適當重的砂桶，選項B正確；C．拉住紙帶，將貨車移到緊靠打點計時器的一端后，接通電源，再放開紙帶，選項C錯誤。
故選AB。(2)[2]對貨車由牛頓第二定理即由題意可知解得(3)[3][4]由于每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫下來，，則T=0.1s；打點計時器打計數(shù)點D時貨車的瞬時速率按照結合逐差法可得貨車做勻加速真線運動的加速度5．【解析】【分析】【詳解】(4)①[1]設鐵塊的質(zhì)量為m，對貨車依據(jù)牛頓第二定理按照勻加速多項式聯(lián)立解得故圖象的斜率估算出面包車的質(zhì)量②[2]若鐵塊的質(zhì)量與貨車質(zhì)量相等，縱截距解得：6．1.841.96滑輪的軸不光滑，繩和滑輪之間有磨擦（或滑輪有質(zhì)量）【解析】【分析】【詳解】①有題意可知小球增長過程中做勻加速直線運動，故依照運動學公式有代入數(shù)據(jù)解得a=1.84m/s2；②根據(jù)牛頓第二定理可知對小球A有對小球B有帶入已知數(shù)據(jù)解得；③在實驗中繩和滑輪之間有磨擦會導致實際估算值偏小。7．0.56BD【解析】【分析】【詳解】(2)［1］由圖乙讀出，，所以依照可得(3)［2］A．因為系統(tǒng)做加速運動，小砂桶和桶內(nèi)砂子的總重力小于細線的拉力，但對貨車和小砂桶及桶內(nèi)砂子組成的系統(tǒng)，存在并不影響系統(tǒng)的合外力，故A錯誤；BC．木板右端墊起的高度低，沒有完全平衡磨擦力，系統(tǒng)遭到的合外力大于小砂桶及桶內(nèi)砂子的總重力，即會導致故B正確，C錯誤；D．若交流電源的實際頻度小于，而估算時打點間隔按，比真實的時間間隔大，估算得到的加速度會偏小，會有故D正確。
故選BD。8．CD0.4112.00偏小【解析】【分析】【詳解】(1)[1]AB．本題拉力可以由力傳感測出，不須要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不須要使大桶（包括砂）的質(zhì)量遠大于車的總質(zhì)量，故AB錯誤；C．該題是彈簧測力計測出拉力，因而表示貨車遭到的合外力，故須要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡磨擦力高一物理實驗加速度，故C正確；D．貨車緊靠打點計時器，先接通電源，再釋放貨車，打出一條紙帶，同時記錄力傳感的示數(shù)，故D正確；故選CD(2)[2][3][4]兩計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，故周期為T=0.1s，打計數(shù)點2時貨車的速率大小依據(jù)逐差法可知，貨車的加速度為若打點計時器交流電源的實際頻度偏大，則代入周期偏大，則估算值偏小。9．不須要不須要CC【解析】【分析】【詳解】(1)[1]該實驗開始前須要平衡磨擦力，在平衡磨擦力的時侯不須要掛砂桶。[2]每次改變貨車的質(zhì)量后不須要重新平衡磨擦力。(2)[3]隨著鉤碼的數(shù)目減小到一定程度時圖乙的圖線顯著偏離直線，導致此偏差的主要誘因是所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，而我們把用鉤碼所受重力作為貨車所受的拉力，所以去除此偏差可采取的簡便且有效的舉措應當檢測出面包車所受的拉力，即在鉤碼與細繩之間放置一力傳感，得到力F的數(shù)值，在做出貨車運動的加速度a和力傳感讀數(shù)F的關系圖像，故C正確，ABD錯誤。
(3)[4]按照牛頓第二定理可知解得故C正確，ABD錯誤。10．0.855.0拉力F(沙和沙桶的總質(zhì)量)貨車質(zhì)量M平衡磨擦力過度【解析】【分析】【詳解】(1)[1]借助勻變速直線運動的結論得[2]貨車的加速度為(2)[3][4]該朋友要探究貨車的加速度a和質(zhì)量M的關系，應當保持細線對車的拉力F不變；若該朋友要探究加速度a和拉力F的關系，應當保持貨車的質(zhì)量M不變(3)[5]圖中當F=0時，a≠0，也就是說當繩子上沒有拉力時高一物理實驗加速度，貨車的加速度不為0，說明貨車的磨擦力大于重力的分力，所以緣由是實驗前木板右端墊得偏低即平衡磨擦過度
