2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律2科學(xué)探究：加速度與力質(zhì)量的關(guān)系練習(xí)含解析魯科版必修第一冊

PAGE8-第2節(jié)科學(xué)探究:加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系考點(diǎn)1加速度的測量1.(2024·山東臨沂一中周測)(多選)如圖5-2-1所示,在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗(yàn)時(shí),下列說法中正確的是()。圖5-2-1A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將鉤碼通過細(xì)繩系在小車上B.連接鉤碼和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C.每次變更小車質(zhì)量,必需重新平衡摩擦D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接電源再釋放小車答案：BD解析：平衡摩擦力時(shí),不能將鉤碼通過細(xì)繩系在小車上,A錯(cuò)誤;繩子不與長木板平行時(shí),合外力會(huì)是繩子拉力的水平分力,B正確;平衡摩擦后,總滿意(M+m)gsinθ=μ(M+m)gcosθ,不須重新平衡,C錯(cuò)誤;先接通電源,使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后才能釋放小車,D正確。2.(2024·山東平度一中月考)如圖5-2-2所示,兩個(gè)相同的小車放在光滑的水平桌面上,前端各系一條細(xì)繩,繩子的另一端跨過光滑的定滑輪掛個(gè)小吊盤,增減吊盤內(nèi)的重物就可以變更小車受到的合外力。兩個(gè)小車后端各系一條細(xì)繩,用一塊黑板擦把兩條細(xì)繩同時(shí)壓在桌面上,使小車靜止,抬起黑板擦,兩車同時(shí)起先運(yùn)動(dòng),經(jīng)過一小段時(shí)間,用黑板擦使兩車同時(shí)停下。某同學(xué)認(rèn)為可以用此裝置驗(yàn)證加速度a與合外力F的關(guān)系,下列關(guān)于試驗(yàn)原理、操作和數(shù)據(jù)處理正確的是()。圖5-2-2A.因無法測量加速度,不能用此裝置驗(yàn)證加速度a與合外力F的關(guān)系B.多次釋放小車的位置應(yīng)保持相同C.若吊盤及重物質(zhì)量m與小車位移x之比相等,說明加速度a與合外力F成正比D.在坐標(biāo)中作出吊盤和重物的質(zhì)量m和小車位移x的圖線,若圖線是過原點(diǎn)的直線,說明加速度a與合外力F成正比答案：C解析：小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),x=at2/2,a=2x/t2,兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,只要驗(yàn)證合外力(mg)與位移(x)關(guān)系即可,C正確;無法保證每次試驗(yàn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等,D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)2合外力的測量3.(2024·長沙雅禮中學(xué)月考)(多選)用如圖5-2-3甲所示的裝置做“驗(yàn)證牛頓其次定律”試驗(yàn)時(shí),甲同學(xué)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖像為圖乙中的圖線Ⅰ,乙同學(xué)畫出的a-F圖像為圖乙中的圖線Ⅱ。圖線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大,明顯超出了誤差范圍,下面給出了關(guān)于形成這種狀況的四種說明,其中可能正確的是()。圖5-2-3A.試驗(yàn)前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力B.甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí),把長木板的末端抬得過高了C.試驗(yàn)前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力D.乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí),把長木板的末端抬得過高了答案：BC解析：圖線Ⅰ說明不加外力,小車就可以加速下滑,說明平衡摩擦力過度,B正確;圖線Ⅱ表示加了肯定外力時(shí),小車仍不能運(yùn)動(dòng),說明沒有平衡摩擦或平衡不夠,C正確。4.(2024·江西八校聯(lián)考)(多選)為了探究質(zhì)量肯定時(shí)加速度與力的關(guān)系,一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖5-2-4所示的試驗(yàn)裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量,m為沙和沙桶的質(zhì)量。(滑輪質(zhì)量不計(jì))試驗(yàn)時(shí),肯定要進(jìn)行的操作是。

圖5-2-4A.用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量B.將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力C.先接通電源,再釋放小車,打出一條清楚的紙帶,同時(shí)記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)D.變更沙和沙桶的質(zhì)量,打出幾條紙帶E.為減小誤差,試驗(yàn)中肯定要保證沙和沙桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M答案：BCD解析：該題是通過彈簧測力計(jì)測出繩子的拉力FT,而小車受到的水平拉力為F=2FT,并不須要測量沙和沙桶的質(zhì)量,更談不上試驗(yàn)中保證沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,知AE錯(cuò)誤;變更沙和沙桶質(zhì)量多獲得幾組數(shù)據(jù)才能找出規(guī)律,D正確,先接通電源,使打點(diǎn)穩(wěn)定后再放紙帶,讀出彈簧測力計(jì)的拉力示數(shù),得到合格的紙帶和合外力,C正確;平衡阻力是應(yīng)有條件,B正確?？键c(diǎn)3試驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理5.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖5-2-5所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系。彈簧測力計(jì)固定在一合適的木板上,桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪,細(xì)繩的兩端分別與彈簧測力計(jì)的掛鉤和礦泉水瓶連接,在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ,并測出間距d。起先時(shí)將木板置于MN處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木板剛剛起先運(yùn)動(dòng)為止,登記彈簧測力計(jì)的示數(shù)F0,以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住,接著向瓶中加水后,登記彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1,然后釋放木板,并用停表登記木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t。圖5-2-5(1)木板的加速度可以用d、t表示為a=;為了減小測量加速度的偶然誤差可以采納的方法是(一種即可)

。

答案：2dt2保持F1不變,重復(fù)試驗(yàn)解析：由d=12at2可得a=2dt(2)變更瓶中水的質(zhì)量重復(fù)試驗(yàn),確定加速度a與彈簧測力計(jì)示數(shù)F1的關(guān)系。下列圖像能表示該同學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的是()。圖5-2-6答案：C解析：由題意可知,F1是水瓶的重力,設(shè)繩中拉力為FT,對木板,a=FT-F0M板,在M板?m水時(shí)FT≈F1,a=F1-F0M,解除A、B選項(xiàng);漸漸增加水的質(zhì)量,將不再滿意FT≈F1,而是(3)用加水的方法變更拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,它的優(yōu)點(diǎn)是。(選填選項(xiàng)前的字母)

A.可以變更滑動(dòng)摩擦力的大小B.可以更便利地獲得多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)C.可以比較精確地測出摩擦力的大小D.可以獲得更大的加速度以提高試驗(yàn)精度答案：BC解析：可以連續(xù)變更質(zhì)量,可更便利地獲得多組試驗(yàn)數(shù)據(jù);可比較精確地測出摩擦力的大小。6.(2024·浙江余姚中學(xué)月考)某同學(xué)利用圖5-2-7甲所示試驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖,如圖乙所示。試驗(yàn)中小車(含放射器)的質(zhì)量為200g,試驗(yàn)時(shí)選擇了不行伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到。回答下列問題:圖5-2-7(1)依據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。

答案：非線性解析：依據(jù)題圖乙坐標(biāo)系中給出的數(shù)據(jù)連線,可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系。(2)a-m圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能的緣由是

;

答案：存在摩擦力解析：a-m圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能的緣由是未平衡摩擦力或傾角過小,沒有完全平衡摩擦力。(3)若利用本試驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的狀況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則試驗(yàn)中應(yīng)實(shí)行的改進(jìn)措施是,鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿意的條件是。

答案：調(diào)整軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車(含放射器)的質(zhì)量解析：在試驗(yàn)中要求“干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力”須要滿意兩個(gè)條件:①平衡摩擦力;②鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(含放射器)的質(zhì)量。7.(2024·上海試驗(yàn)質(zhì)檢)為了探究“加速度與力”的關(guān)系,運(yùn)用如圖5-2-8所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)。其中A為光電門,它與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連,讓小車每次從長木板上的P點(diǎn)處由靜止釋放,當(dāng)小車通過光電門時(shí),光束被遮擋的時(shí)間Δt可以被測量并記錄,小車連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為d,光電門到釋放點(diǎn)P的距離為x,牽引重物的質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣纫阎；卮鹣铝袉栴}:圖5-2-8(1)小車做加速運(yùn)動(dòng)的加速度a的表達(dá)式a=;

答案：a=d解析：在誤差允許的范圍內(nèi),利用平均速度表示瞬時(shí)速度有v=dΔt,(2)若取M=0.4kg,變更m的值,進(jìn)行多次試驗(yàn),以下m的取值不合適的一個(gè)是;

A.m=5gB.m=10gC.m=20gD.m=200g答案：D解析：要使重物的重力近似等于繩子的拉力,充當(dāng)小車的合外力,應(yīng)使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,故D不合適;(3)在保持拉力F肯定,探討加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系時(shí),應(yīng)作出圖像(選填“a-M”或“a-M-1”);

答案：a-M-1解析：化曲為直,便于視察分析物理量間的關(guān)系。(4)在小車質(zhì)量不變的狀況下,利用多次測量的數(shù)據(jù),畫出a-F圖線如圖5-2-9所示,圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的緣由是;圖線AB段發(fā)生彎曲的緣由是。

圖5-2-9答案：平衡摩擦力過度沒有滿意吊著重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量8.在驗(yàn)證“當(dāng)物體質(zhì)量肯定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”的結(jié)論時(shí),給出了下列器材:傾角可以調(diào)整的長木板(如圖5-2-10所示),小車一個(gè),計(jì)時(shí)器一個(gè),刻度尺一把試驗(yàn)步驟如下:圖5-2-10A.讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)A1從靜止起先下滑到斜面底端A2,登記所用時(shí)間t;B.用刻度尺測量出A1與A2之間的距離x;C.用刻度尺測量出A1與A2之間的高度;D.保持A1和A2之間的距離不變,變更斜面傾角,多次重復(fù)上述試驗(yàn)步驟,并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)h、t;E.以h為縱坐標(biāo),1/t2為橫坐標(biāo),依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖。若在此試驗(yàn)中,能得到一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,則可驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量肯定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。依據(jù)上述試驗(yàn)步驟和說明回答下列問題(用已知量和測量符號表示):(1)若忽視一切阻力影響,小車的質(zhì)量為m,重力加速度為g,則小車的加速度大小a=,小車所受的合外力大小F=;

答案：a=2x/t2(或a=gh/x)F=mgh/x解析：由h=at2/2得a=2x/t2,或mgh/x=ma得a=gh/x;由牛頓其次定律得:F=ma得:F=mgh/x;(2)請你寫出物體從斜面上釋放高度h與下滑時(shí)間t的關(guān)系式;

答案：h=2x解析：由x=12g·hxt2,可得(3)若考慮阻力影響,在h-1/t2坐標(biāo)中,圖線過原點(diǎn)嗎?(選填“過”或“不過”),緣由是

。

答案：不過沒有平衡摩擦阻力解析：“不過”,因?yàn)闆]有平衡摩擦阻力。9.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖5-2-11所示的裝置,利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ,滑塊和托盤上分別放有若干砝碼,滑塊質(zhì)量為M,滑塊上砝碼總質(zhì)量為m',托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m。試驗(yàn)中,滑塊在水平軌道上從A到B做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),重力加速度g取10m/s2。圖5-2-11(1)為測量滑塊的加速度a,需測出它在A、B間運(yùn)動(dòng)的和,計(jì)算a的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是