42實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系（分層作業(yè)）（原卷版）

第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟與操作1．實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，已知小車質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m。(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)小組用砂和砂桶的重力替代細(xì)線的拉力，由此引起的誤差屬于（選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”）。為了減小此誤差，在對(duì)M、m進(jìn)行選取時(shí)，以下幾組數(shù)據(jù)中最合理的一組是。（填正確答案前的字母代號(hào)）A．，、60g、80g、100g、120g、140gB．，、25g、30g、35g、40g、45gC．，、60g、80g、100g、120g、140gD．，、25g、30g、35g、40g、45g(2)某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶如圖乙所示，已知所用電源的頻率為50Hz，相鄰2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出，可求出小車的加速度大小為。（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，教材中提供了兩種參考案例。(1)參考案例一如圖（a）所示，兩個(gè)小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼。兩個(gè)小車后端各系一條細(xì)線，用一個(gè)黑板擦把兩條細(xì)線同時(shí)按在桌子上，使小車靜止。抬起黑板擦，兩小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，按下黑板擦，兩小車同時(shí)停下來(lái)。若用刻度尺測(cè)出兩小車通過(guò)的位移分別為s1、s2，則它們的加速度之比為。(2)參考案例二如圖（b）所示，當(dāng)平衡摩擦力后，若作用在小車上的力是通過(guò)測(cè)量小盤和砝碼的重力mg得到的，即，這樣處理會(huì)有系統(tǒng)誤差，為了減小系統(tǒng)誤差，小盤和砝碼的質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M應(yīng)滿足的關(guān)系是；為了消除這個(gè)系統(tǒng)誤差，某同學(xué)認(rèn)為將小盤中減掉的砝碼放到小車上，就會(huì)消除系統(tǒng)誤差，則他的研究對(duì)象應(yīng)該是。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)3．如圖1為兩位同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)探究一定質(zhì)量的小車其加速度與力的關(guān)系。其中電源為50Hz的交流電，一質(zhì)量為的光滑滑輪用一輕質(zhì)細(xì)桿固定在小車的前端，小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的質(zhì)量為m。(1)此實(shí)驗(yàn)中正確的操作是________A．實(shí)驗(yàn)需要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量mB．實(shí)驗(yàn)前需要將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以補(bǔ)償阻力C．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)先接通電源，再釋放小車D．為減小系統(tǒng)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)中得到一條紙帶如圖2所示，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電的頻率為50Hz，小車的加速度大小為（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。(3)孫華同學(xué)以小車的加速度a為縱坐標(biāo)，力傳感器的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，畫(huà)出的圖線與橫坐標(biāo)軸的夾角為θ，且斜率為k，如圖3所示，則小車的質(zhì)量為（用題中所給字母表示）。4．某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室利用圖甲所示的裝置進(jìn)行“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)。(1)對(duì)小車進(jìn)行“平衡摩擦力”操作時(shí)，下列必須進(jìn)行的是（填字母序號(hào)）。A．取下沙和沙桶B．把長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度C．小車拖著穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)斷開(kāi)D．在空沙桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)出小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，若要將沙和沙桶的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是。(3)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說(shuō)法正確的是。A．求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，可直接用公式求出B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開(kāi)小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要重新平衡摩擦力D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(4)該同學(xué)回到教室處理數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)現(xiàn)做實(shí)驗(yàn)時(shí)忘記了平衡摩擦力，也沒(méi)有記下沙和沙桶的總質(zhì)量。但在實(shí)驗(yàn)中滿足沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M。圖乙為該同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所畫(huà)出的小車的加速度a與小車質(zhì)量的倒數(shù)的關(guān)系圖像。取，根據(jù)圖像可求出沙和沙桶的總質(zhì)量約為kg。5．某物理興趣小組用如圖甲所示裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)關(guān)于本次實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是。A．平衡摩擦力時(shí)，需要在定滑輪上掛上槽碼B．細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行C．先釋放小車再接通電源D．若增大小車質(zhì)量，需要重新平衡摩擦力(2)在某次實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz。興趣小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一條紙帶如乙圖所示，紙帶上每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。按時(shí)間順序取A、B、C、D、E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是xAB=5.19cm，xAC=10.89cm，xAD=17.10cm，xAE=23.82cm。由此求得小車的加速度大小為m/s2（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。(3)實(shí)驗(yàn)得到的理想a—F圖像應(yīng)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，但由于實(shí)驗(yàn)誤差影響，出現(xiàn)如圖丁所示的三種情況：圖線①產(chǎn)生原因是；圖線③產(chǎn)生原因是。(4)在保持槽碼質(zhì)量（槽碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量）不變的情況下，多次改變小車上砝碼的質(zhì)量，測(cè)得多組加速度a及對(duì)應(yīng)小車上砝碼的質(zhì)量m，作出圖像，如圖丙所示，若圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為p，若滿足牛頓第二定律，則小車的質(zhì)量為（用p、k字母表示）。’6．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究當(dāng)合外力一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)前用刻度尺測(cè)出兩個(gè)光電門中心之間的距離s，并測(cè)得遮光條的寬度d。該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從如圖所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過(guò)光電門1的時(shí)間Δt1，遮光條通過(guò)光電門2的時(shí)間Δt2，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1=，滑塊經(jīng)過(guò)光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2=，則滑塊的加速度的表達(dá)式a=。（以上表達(dá)式均用直接測(cè)量的物理量的字母表示）(2)在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)改變滑塊質(zhì)量做了6組實(shí)驗(yàn)，得到如下表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456質(zhì)量m/g250300350400500800加速度a/（m·s2）2.021.651.431.251.000.63通過(guò)計(jì)算分析上表數(shù)據(jù)后，得出的結(jié)論是在合外力不變的情況下，物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，如果想通過(guò)圖像法進(jìn)一步確認(rèn)自己的結(jié)論，須建立（選填“am”或“a”）坐標(biāo)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖，如果圖線是一條，就可確認(rèn)上述結(jié)論。7．“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。小車后面固定一條紙帶，穿過(guò)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，細(xì)線一端連著小車，另一端通過(guò)光滑的定滑輪和動(dòng)滑輪與懸掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器相連，拉力傳感器用于測(cè)小車受到拉力的大小。(1)在安裝器材時(shí)，要調(diào)整定滑輪的高度，使連接小車的細(xì)繩與木板平行。這樣做的目的是（填字母代號(hào)）。A．防止打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)痕不清晰B．在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力C．防止小車在木板上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)D．為保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)中（填“需要”或“不需要”）滿足所掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(3)某小組在實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶一部分如圖乙所示（圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出）。用毫米刻度尺測(cè)量并在紙帶上標(biāo)出了部分段長(zhǎng)度。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz。由圖數(shù)據(jù)可求得：小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為。（保留兩位有效數(shù)字）(4)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關(guān)系圖像如圖丙，圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是A．鉤碼質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量B．平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大C．平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)小或未平衡摩擦力8．某實(shí)驗(yàn)小組做“探究加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，先采用如圖甲所示的常規(guī)實(shí)驗(yàn)方案，處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差比較明顯。該小組經(jīng)過(guò)分析討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，采用如圖乙所示實(shí)驗(yàn)方案，具體實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：A．掛上托盤和砝碼，調(diào)整墊塊位置，使質(zhì)量為的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；B．取下托盤和砝碼，用天平測(cè)出它們的總質(zhì)量為，查出并記錄當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭；C．把小車放回木板上原位置，由靜止釋放，測(cè)出其下滑的加速度；D．改變砝碼質(zhì)量和墊塊位置，多次測(cè)量和，通過(guò)作圖可得到的關(guān)系。（1）比較甲?乙兩實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要滿足條件的實(shí)驗(yàn)方案是______（選填“甲”?“乙”或“甲和乙”）；（2）采用乙實(shí)驗(yàn)方案，在作關(guān)系時(shí)，小車受到的合外力______；（3）在一次實(shí)驗(yàn)操作中，獲得如圖丙所示的紙帶，為計(jì)數(shù)點(diǎn)，其中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，所用交變電源的頻率為，由紙帶可求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度_______（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（4）圖丁是該小組先后采用甲?乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案描繪出的關(guān)系圖象，圖象中______（選填①或②）是乙實(shí)驗(yàn)方案得到的關(guān)系圖象。9．（2024年甘肅卷高考真題）用圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置探究外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(1)以下操作正確的是______（單選，填正確答案標(biāo)號(hào)）。A．使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量 B．調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力C．補(bǔ)償阻力時(shí)移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶 D．釋放小車后立即打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量，得到一系列打點(diǎn)紙帶。其中一條紙帶的計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖2所示，相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為，時(shí)間間隔均為T。下列加速度算式中，最優(yōu)的是______（單選，填正確答案標(biāo)號(hào)）。A．B．C．D．(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo)，加速度的倒數(shù)為縱坐標(biāo)，甲、乙兩組同學(xué)分別得到的圖像如圖3所示。由圖可知，在所受外力一定的條件下，a與M成（填“正比”或“反比”）；甲組所用的（填“小車”、“砝碼”或“槽碼”）質(zhì)量比乙組的更大。10．（2024年江西卷高考真題）某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示，水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定一遮光片，細(xì)線一端與小車連接，另一端跨過(guò)定滑輪掛上鉤碼。（1）實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細(xì)線與軌道平行，再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。（2）小車的質(zhì)量為。利用光電門系統(tǒng)測(cè)出不同鉤碼質(zhì)量m時(shí)小車加速度a。鉤碼所受重力記為F，作出圖像，如圖（b）中圖線甲所示。（3）由圖線甲可知，F(xiàn)較小時(shí)，a與F成正比；F較大時(shí)，a與F不成正比。為了進(jìn)一步探究，將小車的質(zhì)量增加至，重復(fù)步驟（2）的測(cè)量過(guò)程，作出圖像，如圖（b）中圖線乙所示。（4）與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間，非線性區(qū)間。再將小車的質(zhì)量增加至，重復(fù)步驟（2）的測(cè)量過(guò)程，記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a，如表所示（表中第組數(shù)據(jù)未列出）。序號(hào)12345鉤碼