资源简介

2.实验:探究加速度与力、质量的关系
A组 教材夯基础
1.(教科版教材课后习题改编)为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的装置进行实验。其中,A、B为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过A、B光电门时,光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录,滑块连同上面固定的一条形遮光片的总质量为M,遮光片宽度为d,光电门间距离为L,砂和砂桶的总质量为m。回答下列问题:
(1)下列不必要的一项实验要求是　　　　。
A.应将长木板一端垫高,平衡摩擦力
B.应使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量
C.应使光电门间的距离适当大些
D.应使细线与长木板平行
(2)滑块通过光电门A、B的速度分别为　　　　、　　　　。
(3)滑块的加速度a=　　　　。
2.(人教版教材内容改编)为了“探究加速度与力、质量的关系”,某同学使用如图甲所示装置进行实验。小车与其上砝码的总质量为M,槽码的质量为m。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。回答下列问题:
甲
(1)某次实验中得到一条纸带,如图乙所示。从比较清晰的点起,每隔4个点取一个计数点,计数点分别标为0、1、2、3、4、5、6,可得小车运动的加速度a=　　　　m/s2(结果保留两位有效数字)。
乙
(2)为了探究加速度a与质量M的关系,在测得需要的实验数据后,用图像法进行数据分析,下列操作的正确顺序为　　　　　　　。
A.作a-图像,对a与M关系的猜测进行检验
B.作a-M图像,根据画出的图线猜测a与M的关系
C.检验正确,得出a与M关系的结论
3.打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。(　　)
4.在平衡摩擦力时,不需要悬挂槽码,但小车应连接纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔均匀,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。(　　)
5.改变小车质量后不需要重新平衡摩擦力,改变悬挂槽码的个数的过程中,要始终保证槽码的总质量远小于小车的质量。(　　)
6.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可连成折线。(　　)
B组 单一知识点
知识点1　实验思路
7.(2024全国专题练习)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,运用了以下哪种科学实验方法(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.理想模型法 B.放大法
C.控制变量法 D.等效替代法
8.(2025浙江强基联盟联考)(多选)实验小组同学在探究加速度与力和质量的关系实验中,使用如图所示的实验装置。为了测力,实验小组提出用槽码的重力代替小车所受合力的构想,为实现构想,下列说法正确的是(　　)
A.使小车沿倾角合适的轨道运动,小车受力可等效为只受细绳的拉力
B.使小车沿水平放置的轨道运动,小车受力可等效为只受细绳的拉力
C.小车沿轨道运动的加速度越大,槽码的重力就越接近细绳的拉力
D.槽码的质量越远小于小车的质量,槽码的重力就越接近细绳的拉力
9.(2024江苏学业考试)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,通常将细线给小车的拉力认为近似等于槽码的重力,为了消除这一系统误差,以下方法中最适合的是(　　)
A.要求小车的质量远大于槽码的质量
B.把打点计时器一端垫高,平衡摩擦力
C.直接用弹簧测力计代替槽码,读出弹簧测力计的读数,即为细线的拉力
D.将力传感器固定在小车上,准确记录细线给小车(含力传感器)的拉力
10.(2025南昌期末)如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置。钩码的质量为m1,小车、砝码和发射器的质量为m2。下列说法正确的是(　　)
A.每次在小车上加减砝码时,应重新平衡摩擦力
B.实验时若用打点计时器,应先释放小车后接通电源
C.本实验要求m2应远小于m1
D.在用图像探究加速度与质量关系时,应作a-图像
11.(2025四川眉山期中)探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下:
(1)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持　　　　不变,改变物体的质量m,测出相对应的加速度a。
(2)如果a-图像是通过坐标原点的一条直线,则说明　　　　。
A.加速度a与质量m成正比
B.加速度a与质量m成反比
C.质量m与加速度a成反比
D.质量m与加速度a成正比
(3)甲同学在探究物体的加速度与力的关系时,用改变砂的质量的办法来改变细线对小车的作用力F,用打点计时器测出小车的加速度a,得出若干组F和a的数据,根据测得的数据作出如图所示的a-F图线,发现图线既不过原点,又不是直线,原因是　　　。
A.没有平衡摩擦力,且小车质量较大
B.平衡摩擦力时,所垫木块太低,且砂和小桶的质量较小
C.平衡摩擦力时,所垫木块太低,且砂和小桶的质量较大
D.平衡摩擦力时,所垫木块太高,且小车质量较大
知识点2　实验数据处理
12.(2023哈尔滨期末)在探究加速度与小车质量关系的过程中,应保持砂和砂桶的总质量不变,通过增减小车中砝码改变小车质量M,实验测出几组a、M数据,下列图线能直观且正确反映a与M关系的是(　　)
13.(2025甘肃酒泉期末)为了“探究质量一定时,加速度与力的关系”,现提供如图甲所示的实验装置。
(1)从图甲可以看出,所用器材有:砝码、砝码盘、带滑轮的长木板、小车、纸带、电火花计时器,还有细线等。很显然要完成这个实验,还缺少一些器材,若砝码盘的质量已知,在下面这些器材中,还必须选取的是　　　　(填字母)。
A.天平
B.测力计
C.毫米刻度尺
D.低压(6~10伏)交流电源
(2)平衡摩擦力后,以砝码和砝码盘的重力充当合外力F做实验,图乙为实验中用打点计时器打出的一条较好的纸带,则与小车相连的是　　　　(填“O端”或“E端”)。
(3)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上O、A、B、C、D、E为六个相邻的计数点(两相邻计数点间还有4个点迹没有画出),通过测量和计算可知,x1、x2、x3、x4、x5分别为4.50 cm、5.28 cm、6.07 cm、6.85 cm、7.63 cm。
则打A点时小车的速度vA=　　　　m/s,小车的加速度a=　　　　m/s2(均保留2位有效数字)。
(4)改变砝码个数,多次实验得到一条a-F图像,如图丙所示,图线不过原点的原因是　　　　　　　　　　　　。
14.(2025甘肃期末)某同学在探究加速度与力、质量关系的实验中,设计了如图甲所示的装置,通过力传感器测得小车所受的合外力,小车总质量为M,重物质量为m,各滑轮均光滑,重力加速度为g。
(1)实验中需要平衡摩擦力,在实验操作时,应将图甲中长木板的　　　　(选填“左侧”或“右侧”)适当垫高。
(2)图乙所示为小车所受的合外力一定时,小车的a-图像,依图乙可得图像的斜率为　　　　N。
(3)在本实验中,如果测得小车加速度的大小为,则重物的加速度大小应为　　　　。
15.(2025江苏南通期末)某实验小组利用气垫导轨、光电门等器材来完成“探究加速度与力的关系”实验,具体装置如图甲所示。实验时先测出遮光条的宽度d,由刻度尺读出滑块释放时遮光条最左端到光电门中心的距离L,滑块每次从气垫导轨上的同一位置释放,光电门连接的数字计时器(未画出)记录下遮光条的遮光时间t。
(1)实验中需要改变　　　　的质量(填“槽码”或“滑块”)。
(2)实验中槽码的质量m　　　　(填“需要”或“不需要”)远小于滑块和遮光条的总质量M。
(3)实验中滑块的加速度大小a=　　　　(用字母t、L、d表示)。
(4)若考虑遮光条的宽度对实验的影响,则实验中测得的加速度大小与真实值相比　　　　(填“偏大”或“偏小”)。
(5)实验小组测得多组实验数据后,根据实验数据处理结果绘制出的a-F图像如图乙所示,图线不过坐标原点的原因可能是　　　　　　　　　　　　。
C组 综合知识点
16.(2024广东深圳期末)某研究性学习小组利用气垫导轨探究加速度与质量和合外力的关系,实验装置如图所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门1、2,滑块上固定一遮光条,滑块在细线的牵引下向左做加速运动。
(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂小桶)置于气垫导轨上,轻推滑块,滑块经过光电门1和光电门2的时间不同,造成此现象的原因是　　　　　　　　　　　　。
(2)实验装置调试正确后重新进行实验,测得遮光条宽度d=1.0 cm,两个光电门之间的距离l=25.0 cm,遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1=0.04 s、Δt2=0.01 s,则滑块经过光电门1的瞬时速度大小为v1=　　　　m/s,滑块的加速度大小a=　　　　m/s2(结果均保留2位小数)。
(3)探究加速度和滑块质量的关系时,通过增加或减少滑块上的铁块数量来改变滑块质量。在减少铁块数量时,需要保证滑块(含遮光条、铁块)质量M与小桶(含细沙)质量m满足　　　　　。
(4)该小组通过将滑块上的铁块放置到小桶内来改变合外力,探究加速度与系统合外力的关系,在操作时并未满足(3)中的关系式,那么该操作　　　　(填“会”或“不会”)导致实验产生误差。
17.(2023河南濮阳期中)用图甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”。请思考并完成相关内容:
(1)图乙为某次实验得到的纸带,已知所用电源的频率为50 Hz,可求出打B点时小车的速度为　　　　m/s;纸带对应小车的加速度大小为　　　　m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)
(2)某小组同学研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系,得到了如图丙中①所示的a-F图线,主要原因是
　。
(3)某同学研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F(忘记测量砝码盘的质量,但其他操作均正确)的关系,得到的a-F图线应该是图丙中的　　　　(填“①”“②”或“③”)。
D组 高考怎么考
18.(2024天津卷)某同学用图示装置探究加速度与力的关系。
(1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力,调节木板倾角,使小车在不挂槽码时运动,并打出纸带进行检验,图中能表明补偿阻力恰当的是　　　　;
　　
　　
(2)某次实验得到一条纸带,部分计数点如图所示(相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出),测得s1=6.20 cm,s2=6.70 cm,s3=7.21 cm,s4=7.73 cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz,则小车的加速度a=　　　　m/s2(要求充分利用测量数据,结果保留两位有效数字);
(3)该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上,小车和传感器总质量为210 g。按要求补偿阻力后,该同学共进行了四次实验,悬挂的槽码质量依次为5 g、10 g、20 g、40 g。处理数据时,用两种方式得到小车(含传感器)受到的合力,一种将槽码所受重力当作合力,另一种将传感器示数当作合力,则这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为　　　　g。
19.(2024甘肃卷改编)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。
(1)以下操作正确的是　　　　(单选,填正确答案标号)。
A.使小车质量远小于槽码质量
B.调整垫块位置以补偿阻力
C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带
D.释放小车后立即打开打点计时器的电源
(2)保持槽码质量不变,改变小车上砝码的质量,得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示,相邻两计数点之间的距离分别为s1,s2,…,s8,时间间隔均为T。下列加速度计算式中,最优的是　　　　(单选,填正确答案标号)。
A.a=++++++
B.a=+++++
C.a=++++
D.a=+++
(3)以小车和砝码的总质量M为横坐标,加速度的倒数为纵坐标,甲、乙两组同学分别得到的-M图像如图3所示。
由图可知,在所受外力一定的条件下,a与M成　　　　(填“正比”或“反比”)。
2.实验:探究加速度与力、质量的关系
教材改编题
1.答案　(1)B　(2)　　(3)
解题思路　(1)应将长木板一端垫高,平衡摩擦力,保证细线的拉力为滑块所受的合力,选项A不符合题意;因为有测力计测量细线的拉力,则实验中不需要使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量,选项B符合题意;光电门间的距离适当大些,能减小测量L时产生的误差,同时也能使滑块的速度变化大些,选项C不符合题意;应使细线与长木板平行,选项D不符合题意。
(2)滑块通过光电门A、B的速度分别为vA=,vB=。
(3)由-=2aL得a=。
2.答案　(1)0.87　(2)BAC
解题思路　(1)根据逐差法得
a==×0.01 m/s2≈0.87 m/s2。
(2)先作a-M图像,根据画出的图线猜测a与M的关系,然后作a-图像,对a与M关系的猜测进行检验,若检验正确,得出a与M关系的结论,故正确顺序是BAC。
易错易混辨析
3.√　4.√　5.√　6.
7.C　实验在保持小车质量不变的情况下,探究加速度与合力的关系;在保持合力不变的情况下,探究加速度与质量的关系,应用了控制变量法,故选C。
8.AD　倾角合适时,重力沿轨道方向的分力与摩擦力大小相等,此时小车受力可等效为只受细绳的拉力,A正确,B错误;槽码的质量越远小于小车的质量,小车的加速度越小,槽码的重力就越接近细绳的拉力,C错误,D正确。
9.D　要求小车的质量远大于槽码的质量,可以减小这一系统误差,但不能消除,A错误;平衡摩擦力只是避免了摩擦力对实验的影响,不能消除细线拉力与槽码重力不相等的系统误差,B错误;直接用弹簧测力计代替槽码,理论上有可行性,但是加速运动的弹簧测力计不易读数,C错误;将力传感器固定在小车上,准确记录细线给小车(含力传感器)的拉力,可以消除这一系统误差,故D正确。
10.D　平衡摩擦力时,假设轨道倾角为θ,则有f=mg sin θ=μmg cos θ,所以每次在小车上加减砝码时,不需要重新平衡摩擦力,A错误;实验时若用打点计时器,应先接通电源后释放小车,B错误;本实验要求m1 m2,C错误;在用图像探究加速度与质量的关系时,应作a-图像,D正确。
11.答案　(1)力F　(2)B　(3)C
解题思路　(1)在探究加速度与质量的关系时,应控制力F不变。
(2)如果a-图像是通过坐标原点的一条直线,则说明a与成正比,即加速度a与质量m成反比,B正确。
(3)由图知,F从0增大,开始时加速度a始终为零,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时,所垫木块太低,没完全平衡摩擦力;实验要求小车质量M远大于砂和小桶的质量m,随着m的增大,当不满足这个条件时,图线出现弯曲,说明此时砂和小桶的质量较大,C正确。
12.C　保持砂和砂桶的总质量不变,当小车质量M远大于砂和砂桶的总质量时,加速度a与小车质量M成反比,可知M较大时,a-图线为一过原点的直线;当小车质量M减小到一定程度后,加速度a与小车质量的倒数不再成正比,a-图线发生弯曲,因最大加速度不会大于重力加速度g,可知图线向下弯曲。故C正确。
13.答案　(1)C　(2)O端　(3)0.49　0.78　(4)平衡摩擦力过度
解题思路　(1)本实验中小车的质量是一定的,因此不需要测量其质量,而砝码和砝码盘的质量已知,因此砝码和砝码盘的重力已知,故不需要天平;电火花计时器需要220 V交流电;本实验不需要测量力的大小,需要毫米刻度尺测量点迹间距。故选C。
(2)小车做加速运动,所以点迹越来越稀疏,则与小车相连的是O端。
(3)两相邻计数点间还有4个点迹没有画出,则T=5×0.02 s=0.1 s。根据匀变速直线运动中,某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知vA=≈0.49 m/s。根据逐差法可知,小车的加速度a=≈0.78 m/s2。
(4)图线不过原点,说明没有拉力时,加速度不为零,是因为平衡摩擦力过度。
14.答案　(1)左侧　(2)0.5　(3)
解题思路　(1)实验中需要平衡摩擦力,在实验操作时,应将长木板的左侧适当垫高。
(2)由图乙可得图像的斜率为k=0.5 N。
(3)由图甲可知,重物下落的位移总是小车位移的两倍,则重物下落的加速度是小车加速度的两倍,如果测得小车加速度的大小为,则重物的加速度大小应为2·=。
15.答案　(1)槽码　(2)需要　(3)　(4)偏大
(5)气垫导轨没有调节水平,左端低右端高
解题思路　(1)根据实验原理可知,本实验需要保持滑块质量不变,改变绳的拉力大小,即改变槽码的质量。
(2)实验中需要用槽码的重力代替绳的拉力,因此需要槽码的质量m远小于滑块和遮光条的总质量M。
(3)滑块通过光电门的速度v=,根据运动学公式有v2=2aL,解得a=。
(4)滑块通过光电门的速度是用遮光条通过光电门过程中中间时刻的瞬时速度表示的,根据匀变速直线运动规律可知,这个速度大于遮光条最左端通过光电门的速度,因此实验中测得的加速度大小与真实值相比偏大。
(5)由图乙可知,F为零时,加速度不为零,其原因可能是气垫导轨没有调节水平,左端低右端高。
16.答案　(1)气垫导轨没有水平　(2)0.25　1.88
(3)M m　(4)不会
解题思路　(1)轻推滑块,滑块经过光电门1和光电门2的时间不同,说明滑块通过两个光电门时的速度不同,则造成此现象的原因是气垫导轨没有水平。
(2)滑块经过光电门1的瞬时速度大小为v1== m/s=0.25 m/s,经过光电门2的瞬时速度大小为v2== m/s=1.00 m/s,滑块的加速度大小a== m/s2≈1.88 m/s2。
(3)在减少铁块数量时,需要保证滑块(含遮光条、铁块)质量M远大于小桶(含细沙)质量m,这样才能使得小桶(含细沙)的重力近似等于滑块受到的牵引力。
(4)该小组通过将滑块上的铁块放置到小桶内来改变合外力,探究加速度与系统合外力的关系,在操作时并未满足(3)中的关系式,但是以滑块和小桶(包括遮光条、铁块、细沙)为整体来研究,该操作不会导致实验产生误差。
17.答案　(1)1.6　3.2　(2)未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不足)　(3)③
解题思路　(1)相邻两计数点间的时间间隔为T== s=0.04 s,则打B点时小车的速度为vB=≈1.6 m/s;根据逐差法可得小车的加速度大小为a=≈3.2 m/s2。
(2)题图丙中①所示的a-F图线横轴存在正截距,说明F要达到一定大小后小车才具有加速度,则主要原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。
(3)操作完全正确时,a与F成正比,图线应为题图丙中的②;忘记测量砝码盘的质量,但其他操作正确时,只将砝码重力作为合外力,则合外力偏小,即加速度a一定时,合外力F偏小,则图像应为题图丙中的③。
18.答案　(1)B　(2)0.51　(3)40
解题思路　(1)若补偿阻力恰当,则小车应匀速运动,打出的纸带应点迹均匀分布,故选B。
(2)相邻两个计数点间还有4个点未画出,可知T=0.1 s,小车的加速度a==0.51 m/s2。
(3)当槽码质量m越小时,力传感器的示数越接近槽码的重力mg,当m越大时,力传感器的示数与槽码重力的差异越大,则这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为40 g。
19.答案　(1)B　(2)D　(3)反比
解题思路　(1)为使小车所受合力大小近似等于槽码的重力,小车的质量应远大于槽码的质量,且调整垫块位置以补偿阻力,B正确,A错误;实验需要根据纸带上打出的点判断是否已补偿阻力,故补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带,C错误;实验时应先打开打点计时器的电源,稳定后再释放小车,D错误。(2)最优的是a==+++,D正确。(3)由题图3知,在所受外力一定的条件下,在误差允许的范围内与M成正比,则a与M成反比。

展开更多......

收起↑