新人教版物理必修1：實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第二節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P49建議用時(shí)：30分鐘）一、選擇題1．（實(shí)驗(yàn)過程）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（）A?同時(shí)測(cè)出物體的質(zhì)量、加速度和力，能容易發(fā)現(xiàn)三者之間的關(guān)系保持物體的質(zhì)量不變，一定要測(cè)出加速度的數(shù)值，才能找出加速度與力的關(guān)系C?可以利用物體做自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系D.如果加速度與力的圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，則加速度與力成正比答案D解析判斷三個(gè)量之間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制一個(gè)量不變，來(lái)探究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，即采取控制變量法，A錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)只是探究?jī)蓚€(gè)量之間的關(guān)系，只要找到二者之間的比例關(guān)系即可，不一定要測(cè)出加速度的具體數(shù)值，B錯(cuò)誤；自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度a=g,不隨質(zhì)量而變化，C錯(cuò)誤；如果物體的質(zhì)量一定，a與F的圖象為過原點(diǎn)的直線，a與F成正比，故D正確。2．（平衡摩擦力）（多選）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平衡摩擦力的說(shuō)法中正確的是（）A?“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想法讓小車受到的摩擦力為零“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受重力的一個(gè)分力與小車所受的摩擦阻力相平衡C?“平衡摩擦力”應(yīng)在小車被砝碼盤拉動(dòng)的過程中進(jìn)行D?“平衡摩擦力”是否成功，可由小車拖動(dòng)的紙帶上的點(diǎn)跡間距是否均勻確定答案BD解析在小車的運(yùn)動(dòng)過程中摩擦阻力總是存在的，無(wú)法使之為零，A錯(cuò)誤；平衡摩擦力的本質(zhì)就是讓小車所受重力的一個(gè)分力與摩擦阻力平衡，B正確；平衡摩擦力時(shí)不掛小盤，讓小車拖動(dòng)紙帶自由運(yùn)動(dòng)，調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，直至所打紙帶上的點(diǎn)跡間距均勻?yàn)橹?，C錯(cuò)誤，D正確。3．（平衡摩擦力）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力。平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)該讓小車（）A?掛上小盤，拖上紙帶，開動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B?不掛小盤，拖上紙帶，開動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C?掛上小盤，不拖紙帶D?不掛小盤，不拖紙帶答案B解析平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)把紙帶所受的摩擦力一起平衡掉，所以應(yīng)讓小車拖上紙帶，且讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處于工作狀態(tài)，B正確。4．（實(shí)驗(yàn)方法）在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，我們用實(shí)驗(yàn)研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下，加速度和作用力之間的關(guān)系”；又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系”。這種研究物理問題的科學(xué)方法是（）A.建立理想模型的方法B.控制變量法等效替代法D.類比法答案B解析實(shí)驗(yàn)先控制質(zhì)量m不變，探究加速度a與作用力F間的關(guān)系；再控制作用力F不變，探究加速度a與質(zhì)量m間的關(guān)系，最后綜合得到加速度a與作用力F、質(zhì)量m間的關(guān)系，屬于控制變量法，故B正確。（實(shí)驗(yàn)過程）（多選）按實(shí)驗(yàn)要求裝置好器材后，應(yīng)按一定步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下述操作步驟的安排順序不盡合理，其合理順序是（）保持重物的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次用天平測(cè)出小車和重物的質(zhì)量平衡摩擦力，使小車近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)掛上重物，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，放開小車，在紙帶上打下一系列的點(diǎn)1根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，分別畫出a—F和a—m的圖線A?③④⑤①②⑥B?③⑤④①②⑥④③⑤①②⑥D(zhuǎn)?④③⑤②①⑥答案ACD一一1解析③④是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，順序可顛倒，①是驗(yàn)證a—m關(guān)系，②是驗(yàn)證a—F關(guān)系，這兩步順序也可顛倒，⑤是實(shí)驗(yàn)做法，⑥是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，所以合理順序?yàn)锳、C、D。（實(shí)驗(yàn)綜合）（多選）經(jīng)過對(duì)加速度與物體的質(zhì)量和合外力的關(guān)系的探究學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道物體的加速度a與物體所受的力F及物體的質(zhì)量m滿足關(guān)系式a*F，1a*-。如果在光滑的水平面上有一質(zhì)量為m的物體受到水平力F的作用，從靜

止開始在t時(shí)間內(nèi)移動(dòng)了位移X。要使位移變?yōu)?x，可采用以下哪種方法（）A.將水平恒力增為4FB?將物體的質(zhì)量減為原來(lái)的一半將作用時(shí)間增為2t將作用時(shí)間增為4t答案AC解析當(dāng)質(zhì)量m、作用時(shí)間不變時(shí)，作用力增為4F，由于a*F，所以加速一12一一度a增為原來(lái)的4倍，由x=2at得距離變?yōu)?x，A正確；同理可知B錯(cuò)誤；當(dāng)12一F、m不變時(shí)，a不變，若時(shí)間變?yōu)?t，由x=2&t得距離變?yōu)?x，故C正確，D錯(cuò)誤7.(實(shí)驗(yàn)圖象)如圖所示是根據(jù)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的a-F圖象，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A?三條傾斜直線所對(duì)應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量不同直線1所對(duì)應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大直線3所對(duì)應(yīng)的小車和砝碼的質(zhì)量最大由圖象可以看出在質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受合外力成正比答案B解析由圖象知F相同時(shí)，對(duì)應(yīng)的加速度大小ai>a2>a3,根據(jù)F相同時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比，所以mivm2Vm3，故A、C正確，不符合題意，B錯(cuò)誤，符合題意；由圖象可知D正確，不符合題意。二、非選擇題(按照題目要求作答，計(jì)算題須寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的題注明單位)(實(shí)驗(yàn)綜合)在保持質(zhì)量不變，探究加速度與物體受力之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，小車質(zhì)量M和提供拉力的砝碼質(zhì)量m分別選取下列四組值：M=500g，m分別為50g、70g、100g125gM=500g，m分別為20g、30g、40g、50gM=200g,m分別為50g、75g、100g、125gM=200g，m分別為30g、40g、50g、60g如果其他操作都正確，那么在選用組值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)所畫出的圖線較準(zhǔn)確。在選用此組值時(shí)，m取寸實(shí)驗(yàn)誤差較大。答案(1)B(2)50g解析(1)B組中數(shù)據(jù)，最容易滿足小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砝碼質(zhì)量m的條件。50g與其他三個(gè)數(shù)值比較而言，不是最滿足Mm,所以m取50g時(shí)實(shí)驗(yàn)誤差較大。(實(shí)驗(yàn)綜合)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了研究問題的多種科學(xué)方法：TOC\o"1-5"\h\z實(shí)驗(yàn)環(huán)境的等效法：。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：。實(shí)驗(yàn)原理的簡(jiǎn)化：，即當(dāng)小車質(zhì)量M車m砂時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：。1⑸由a—M車圖象轉(zhuǎn)化為a—百圖象，所用的科學(xué)方法：。IVI車(以上各題均選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖象法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”)答案⑴平衡摩擦力法(2)控制變量法(3)近似法⑷圖象法(5)化曲為直法解析(1)由于小車運(yùn)動(dòng)受到摩擦阻力，所以要進(jìn)行平衡摩擦力，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，稱為平衡摩擦力法。在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來(lái)探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱為控制變量法。當(dāng)小車質(zhì)量M車m砂時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g，稱為近似法。通過圖象研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，稱為圖象法。1在作圖時(shí)，由a—M車圖象轉(zhuǎn)化為a—一圖象，使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線，M車稱為化曲為直法。(實(shí)驗(yàn)圖象)現(xiàn)測(cè)得某一物體所受外力F—定時(shí)，其加速度a與其質(zhì)量m的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表:

a/(ms2)2.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.001根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，畫出a—m圖象1⑵由a—m■圖象可知，當(dāng)F—定時(shí)，a與m成系答案⑴如圖所示反比11解析⑴要畫a—m圖象，需要先求出對(duì)應(yīng)的m，其數(shù)據(jù)分別為0.50、0.67、0.80和1.00,然后描點(diǎn)，連線。1(2)由圖象可知，a與m成正比，即a與m成反比。(實(shí)驗(yàn)綜合)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)使用了如圖甲所示的裝置，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz。乙內(nèi)

乙內(nèi)該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個(gè)點(diǎn)，如圖乙所示，自A點(diǎn)TOC\o"1-5"\h\z起，相鄰兩點(diǎn)的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點(diǎn)時(shí)小車的速度為m/s小車的加速度為m/55o該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持變。該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖丙所示，則圖中直線部分不過原點(diǎn)的原因可能是o答案(1)0.855.0(2)拉力F(砂和砂桶的總質(zhì)量)小車質(zhì)量ME點(diǎn)的瞬時(shí)速度XDFVEE點(diǎn)的瞬時(shí)速度XDFVE=2T解析(1)D、F兩點(diǎn)間的平均速度即為316.0316.0+18.0x102X0.02/山2.0X10-2m/s=0.85m/s，根據(jù)Ax=a十得：a=尹=―0.02—m/s=5.0m/so(2)該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細(xì)線對(duì)車的拉力F不變即砂桶(含砂)的質(zhì)量不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系,應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變。圖中當(dāng)F=0時(shí)，a^0o說(shuō)明當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)，小車的加速度不為0,也就是說(shuō)小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實(shí)驗(yàn)前木板一端墊得過高,即平衡摩擦力過度。(實(shí)驗(yàn)綜合)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。當(dāng)小車(包括車中砝碼)的質(zhì)量M與砝碼及砝碼盤的質(zhì)量m的大小關(guān)系滿足時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小近似等于砝碼盤及砝碼盤中砝碼的重力。在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02&從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離。該小車的加速度大小a=m/sO答案(1)mM(2)0.16長(zhǎng)木板傾角過大，平衡摩擦力過度未平衡掉摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小O答案(1)mM(2)0.16長(zhǎng)木板傾角過大，平衡摩擦力過度未平衡掉摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小解析(1)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要保證mM，才能保證繩子的拉力近似等于盤及盤中砝碼的重力。計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔T=0.1s,間距xi=3.52cm,X2=3.68cm，X3=3.83cm。”_22ai+32X3—xi2因X2—xi=aiT2，X3—X2=a2T，a=—2—，得a=qt?~0.16m/s。圖線甲，F(xiàn)=0時(shí)，小車就有了加速度，可見是長(zhǎng)木板傾角過大，平衡摩擦力過度。圖線乙，有了拉力時(shí)，加速度仍為0,說(shuō)明未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小。(實(shí)驗(yàn)綜合)為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖果保留兩位有效數(shù)字)下圖是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖象。兩同學(xué)的圖象都不過原點(diǎn)，試分析可能的原因甲

所示的實(shí)驗(yàn)裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量。（滑輪1彈貸測(cè)力計(jì)質(zhì)量不計(jì)）1彈貸測(cè)力計(jì)u址帶\訂點(diǎn)訃時(shí)器0-]~~'冇—IT（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作是。A?用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M（2）該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶（兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒有畫出），已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。單位單位;珂1答案（1）BCD（2）1.3解析（1）由實(shí)驗(yàn)原理圖可以看出，由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測(cè)砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M,A、E錯(cuò)誤；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B正確；小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再放小車，同時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，C正確；為了多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實(shí)驗(yàn)，D正確。（2）由逐差法可得：小車的加速度XX34—X01+X45—X12+X56—X23a=9T若取M=若取M=0.4kg,改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是。A.m1=5gB.m2=15gC.m3=40gD.400g在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為(用At1、A2、D、x表示)。答案(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動(dòng)；或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的每一個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間At都相等Ut2丿—A1丿(2)D(3)a=解析(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動(dòng)；或取下牽引砝碼,輕推滑行器，用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的每一個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間A都相等。12將T=50X3s=0.06s代入，可得a~1.3m/s2。(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新)為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中Gi、G2為兩個(gè)光電門，它