资源简介

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2021年高考物理一轮复习考点全覆盖
（12）实验
探究加速度与力
质量的关系（解析版）
考点解读：
一、基本实验要求
1．实验原理
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系．
2．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
3．实验步骤
(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.
(2)安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．
(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．
②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
④描点作图，作a－F的图象．
⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象．
二、教材实验创新
实验装置图
创新/改进点
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1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据.2.用传感器记录小车运动的时间t与位移x，直接绘制x－t图象．3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律.
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1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度.2.用图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a－m图象代替a－F图象.
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1.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度.2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数.
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弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量.
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1.气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力.2.力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量.3.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度.
考向一：教材原型实验
【例1】
某同学用如图2所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”．
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(1)下列实验中相关操作正确的是________．
A．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
(2)将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差．设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差<5%，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是<________.
(3)在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数与小车质量M的关系图象正确的是________．
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【答案】(1)B　(2)0.05　(3)C
解析　(1)平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，选项A错误；平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B正确；小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选项C错误；
(2)在本实验中认为细线的拉力F等于沙和沙桶的总重力mg，由此造成的误差是系统误差，对小车，根据牛顿第二定律得：a＝，对整体，根据牛顿第二定律得：a＝，且<5%，解得：<0.05.
(3)由牛顿第二定律可知：a＝，则＝(M＋g)，故选C.
【变式1】某同学设计了如图甲所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系。将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F0。再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F1。释放小车，记录小车运动时传感器的示数F2。
（1）接通频率为50
Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度a=________m/s2。（保留两位有效数字）
（2）同一次实验中，F1________F2（选填“<”、“=”或“>”）
（3）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系如图丙。不计纸带与计时器间的摩擦。图象中F是实验中测得的
A．F1
B．F2
C．F1–F0
D．F2–F0
【答案】（1）0.16
（2）>
（3）D
【解析】（1）从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1
s，根据匀变速直线运动的推论公式?x=aT2可以求出加速度的大小，得：；
（2）对小桶受力分析，设小桶重力为mg，木板释放前力传感器的示数F1，所以F1=mg，设小车的重力为Mg，小车在加速运动时力传感器的示数F2，根据牛顿第二定律得：mg–F2=ma，所以F1>F2；
（3）图象是过原点的一条倾斜的直线，已经平衡摩擦力，所以F应该表示小车受到的合力，即F=F2–F0，故D正确；故选D。
考向一：实验创新
【例2】　数字化信息系统DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等），应用传感器和数据采集器自动获取和输入实验数据，通过计算机的快速处理得到实验的结果，提高了教学效率，使学生可以有更多的时间用于自主探究活动，改变传统的教学模式。
下面通过DIS在长木板上研究物体加速度与力的关系，如图（1）实验装置。
（1）本实验中_____（填写“要”或者“不要”）平衡摩擦力。
（2）本实验钩码所受的重力作为小车所受拉力，需要满足__________。
（3）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。通过多次实验，得到的数据，画出图象（如图2所示）。
结果发现图象明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_____。
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
（4）如图2，F不断增大，AB这一曲线不断延伸，那么加速度趋向值_____。如图2，F不断增大，那么绳子的拉力趋向值_____。
【答案】（1）要
（2）钩码质量远小于小车（和位移传感器）质量
（3）C
（4）g
小车（和位移传感器）的重量
【解析】(1)在研究物体加速度与力的关系时，用钩码所受的重力作为小车所受的合力，所以需要平衡摩擦力；
(2)以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力mg，由牛顿第二定律得：mg=（M+m）a，小车的加速度a=，小车受到的拉力F=Ma=，
当m<(3)小车与轨道之间存在摩擦，会造成图像不过原点，不会造成a–F图象偏离直线，故A错误；只有导轨保持水平，小车受到的拉力才保持不变，所以导轨保持水平，不会造成a–F图象偏离直线，故B错误；如果钩码的质量太大，则小车受到的合力小于钩码的重力，实验误差较大，a–F图象偏离直线，故C正确；当m<(4)当钩码的质量远小于小车的总质量时，钩码所受的重力才能作为小车所受外力，如果增大钩码的质量，则外力增大，AB这一曲线不断延伸，根据小车的加速度a=，当M<【变式2】探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示．小车后面固定一条纸带，穿过电火花计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小．
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(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________．
A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码
B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量．
(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________．
A．钩码质量没有远小于小车质量
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
【答案】(1)C　(2)不需要　(3)B
解析　(1)平衡摩擦力时，小车要在不挂钩码情况下做匀速直线运动，故A错误；平衡摩擦力时有：mgsin
α＝μmgcos
α，即有gsin
α＝μgcos
α，所以与质量无关，故B错误，C正确．
(2)由于本实验中的拉力传感器可以读出细线的拉力，所以不需要满足所挂钩码质量远小于小车质量；
(3)由题图可知，当没有挂钩码时小车具有加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大，故选B.
【变式3】某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”。
（1）下列实验中相关操作正确的是________
A．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
（2）将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差。设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是______________.
（3）在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数与小车质量M的关系图象正确的是____
【答案】B
C
【解析】（1）平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，选项A错误；平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B正确；小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选项C错误；
（2）在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力mg，由此造成的误差是系统误差，对小车，根据牛顿第二定律得：，对整体，根据牛顿第二定律得：，且，解得：。
（3）由牛顿第二定律可知：，则，故选C.
精选练习
1.某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图所示的装置，图中长木板水平固定，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行．
(1)实验过程中，电火花打点计时器应接在___________(选填“直流”或“交流”)电源上．
(2)已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数μ＝__________．
(3)图为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x1＝2.10
cm，x2＝3.62
cm，x5＝8.12
cm，x6＝9.60
cm．则木块加速度大小a＝__________m/s2(保留两位有效数字)．
【答案】（1）交流；
（2）；
（3）1.5m/s2
【解析】（1）电火花打点计时器应接在交流电源上．
（2）对砝码：mg-T=ma；对木块：T-μMg=Ma，解得；
（3）因T=0.1s，则x46-x02=2a(2T)2，
解得
2.
某冋学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律。某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50Hz。分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离，x1、x2、x3、x4，以打A点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值，并作出－t图象如图丙所示。
(1)实验中下列措施必要的是_________(填正确答案标号)
A．打点计时器接220V交流电源
B．平衡小车与长木板间的摩擦力
C．细线必须与长木板平行
D．小车的质量远大于钩码的质量
(2)由图内中图象求出小车加速度a=_________m/s2，打A点时小车的速度vA=_________m/s。(结果均伓留两位有效数字)
【答案】C
5.0
0.40
【解析】（1）电磁打点计时器接4-6V交流电源，选项A错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项B错误；细线必须与长木板平行，选项C正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的质量，选项D错误；故选C.
（2）根据x=v0t+at2可得，由图像可知：v0=vA=0.4m/s；
3．甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验．已知重力加速度为g.
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(1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示．其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计．实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数．则该设计能测出________(选填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为________________．
(2)乙同学的设计如图乙所示．他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力．
实验时，多次改变沙桶中沙的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t，在坐标系中作出F－的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，因乙同学不能测出物块质量，故该同学还应测出的物理量为________．根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为________________．
【答案】　(1)A与B　　(2)光电门A、B之间的距离x　
解析　(1)当A达到稳定状态时B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由Ff＝μFN得，μ＝＝，由C的读数为F1，可求得μ＝，为A与B之间的动摩擦因数．
(2)物块由静止开始做匀加速运动，根据匀加速直线运动位移时间公式得：
x＝at2，
解得：a＝
根据牛顿第二定律，
对于物块：F合＝F－μmg＝ma
可得F＝＋μmg
则图线的斜率为：k＝2mx，纵轴的截距为b＝μmg；
k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动摩擦因数：μ＝＝.
4.在“用DIS研究小车加速度与所受合外力的关系”实验中时，甲、乙两组分别用如图A、B所示的实验装置实验，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车，位移传感器B随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器A固定在轨道一端．甲组实验中把重物的重力作为拉力F，乙组直接用力传感器测得拉力F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出a–F图象。
（1）位移传感器B属于_______________。（填“发射器”或“接收器”）
（2）甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是__________________。
（3）图C中符合甲组同学做出的实验图象的是____；符合乙组同学做出的实验图象的是________。
【答案】（1）发射器
（2）小车的质量远大于重物的质量
（3）②
①
【解析】（1）位移传感器（B）属于发射器
（2）在该实验中实际是：mg=（M+m）a，要满足mg=Ma，应该使重物的总质量远小于小车的质量．即小车的质量远大于重物的质量。
（3）在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：mg=Ma
得a=
而实际上a′=，即随着重物的质量增大，不在满足重物的质量远远小于小车的质量，所以图（c）中符合甲组同学做出的实验图象的是②。乙组直接用力传感器测得拉力F，随着重物的质量增大拉力F测量是准确的，a–F关系为一倾斜的直线，符合乙组同学做出的实验图象的是①。
5.
“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。
（1）关于该实验的操作，下列做法正确的是______（填字母代号）
A．调节滑轮，使细绳与长木板平行
B．平衡小车受到的滑动摩擦力时，必须把纸带穿过打点计时器并打点
C．实验时应先放开小车再接通打点计时器的电源
D．通过增减小车上的砝码改变质量时，必须重新平衡摩擦力
（2）如图所示为根据实验数据画出的图象，图象不过原点的原因是______________。
【答案】（1）AB
（2）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
【解析】（1）调节滑轮，使细绳与长木板平行，选项A正确；平衡小车受到的滑动摩擦力时，必须把纸带穿过打点计时器并打点，选项B正确；实验时应先接通打点计时器的电源再放开小车，以充分利用纸带，选项C错误；增减小车上的砝码改变质量时，不需重新平衡摩擦力，选项D错误，故选AB；
（2）由图像可知，当F到达一定值时小车才有加速度，则图象不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。
6．探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为50
Hz，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连。
甲
乙
（1）该同学在实验中打出了一条纸带，纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算：
①打C点时纸带的速度大小为_____
m/s；
②纸带运动的加速度大小为____
m/s2（结果保留3位有效数字）。
（2）若该同学平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度，根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a–F图线来探究加速度与合外力的关系，此实验操作____（选填“能”或“不能”）探究加速度与质量的关系。
【答案】（1）0.479
0.810
（2）不能
【解析】（1）每相邻两点间还有4个点（图中未画），所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1
s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得：
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，为了更加准确的求解加速度，
（2）要探究加速度与质量的关系，必须保证合外力一定，即盘中砝码的重力不变，所以此操作不能探究加速度与质量的关系。
7．如图为“用位移传感器、数据采集器等仪器研究加速度和力的关系”的实验装置。
（1）在实验中采用的方法是______法。实验中保持小车总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合外力，用DIS（数字化信息系统）测小车的加速度
（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，根据测得的多组数据可画出a–F关系图线如图所示；
①分析此图线的OA段（直线）可得出的实验结论是：在质量不变时______
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______
A．所挂钩码的总质量太大
B．所用小车的质量太大
【答案】（1）控制变量
（2）加速度与合外力成正比
A
【解析】（1）因为要探索“加速度和力的关系”的实验中有三个变量，所以采用控制变量法。
（2）①由于OA段a–F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；
②由实验原理：mg=Ma，得：，而实际上是：，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M＞＞m造成的，故A正确，B错误。
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精品试卷·第
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2021年高考物理一轮复习考点全覆盖
（12）实验
探究加速度与力
质量的关系（原卷版）
考点解读：
一、基本实验要求
1．实验原理
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系．
2．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
3．实验步骤
(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.
(2)安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．
(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．
②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
④描点作图，作a－F的图象．
⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象．
二、教材实验创新
实验装置图
创新/改进点
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1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据.2.用传感器记录小车运动的时间t与位移x，直接绘制x－t图象．3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律.
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1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度.2.用图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a－m图象代替a－F图象.
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1.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度.2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数.
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弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量.
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1.气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力.2.力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量.3.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度.
考向一：教材原型实验
【例1】
某同学用如图2所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”．
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(1)下列实验中相关操作正确的是________．
A．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
(2)将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差．设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差<5%，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是<________.
(3)在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数与小车质量M的关系图象正确的是________．
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【变式1】某同学设计了如图甲所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系。将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F0。再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F1。释放小车，记录小车运动时传感器的示数F2。
（1）接通频率为50
Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度a=________m/s2。（保留两位有效数字）
（2）同一次实验中，F1________F2（选填“<”、“=”或“>”）
（3）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系如图丙。不计纸带与计时器间的摩擦。图象中F是实验中测得的
A．F1
B．F2
C．F1–F0
D．F2–F0
考向一：实验创新
【例2】　数字化信息系统DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等），应用传感器和数据采集器自动获取和输入实验数据，通过计算机的快速处理得到实验的结果，提高了教学效率，使学生可以有更多的时间用于自主探究活动，改变传统的教学模式。
下面通过DIS在长木板上研究物体加速度与力的关系，如图（1）实验装置。
（1）本实验中_____（填写“要”或者“不要”）平衡摩擦力。
（2）本实验钩码所受的重力作为小车所受拉力，需要满足__________。
（3）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。通过多次实验，得到的数据，画出图象（如图2所示）。
结果发现图象明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_____。
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
（4）如图2，F不断增大，AB这一曲线不断延伸，那么加速度趋向值_____。如图2，F不断增大，那么绳子的拉力趋向值_____。
【变式2】探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示．小车后面固定一条纸带，穿过电火花计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小．
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(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________．
A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码
B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量．
(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________．
A．钩码质量没有远小于小车质量
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
【变式3】某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”。
（1）下列实验中相关操作正确的是________
A．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
（2）将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差。设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是______________.
（3）在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数与小车质量M的关系图象正确的是____
精选练习
1.某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图所示的装置，图中长木板水平固定，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行．
(1)实验过程中，电火花打点计时器应接在___________(选填“直流”或“交流”)电源上．
(2)已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数μ＝__________．
(3)图为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x1＝2.10
cm，x2＝3.62
cm，x5＝8.12
cm，x6＝9.60
cm．则木块加速度大小a＝__________m/s2(保留两位有效数字)．
2.
某冋学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律。某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50Hz。分别测出A点到B、C、D、E点之间的距离，x1、x2、x3、x4，以打A点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值，并作出－t图象如图丙所示。
(1)实验中下列措施必要的是_________(填正确答案标号)
A．打点计时器接220V交流电源
B．平衡小车与长木板间的摩擦力
C．细线必须与长木板平行
D．小车的质量远大于钩码的质量
(2)由图内中图象求出小车加速度a=_________m/s2，打A点时小车的速度vA=_________m/s。(结果均伓留两位有效数字)
3．甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验．已知重力加速度为g.
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(1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示．其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计．实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数．则该设计能测出________(选填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为________________．
(2)乙同学的设计如图乙所示．他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力．
实验时，多次改变沙桶中沙的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t，在坐标系中作出F－的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，因乙同学不能测出物块质量，故该同学还应测出的物理量为________．根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为________________．
4.在“用DIS研究小车加速度与所受合外力的关系”实验中时，甲、乙两组分别用如图A、B所示的实验装置实验，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车，位移传感器B随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器A固定在轨道一端．甲组实验中把重物的重力作为拉力F，乙组直接用力传感器测得拉力F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出a–F图象。
（1）位移传感器B属于_______________。（填“发射器”或“接收器”）
（2）甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是__________________。
（3）图C中符合甲组同学做出的实验图象的是____；符合乙组同学做出的实验图象的是________。
5.
“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。
（1）关于该实验的操作，下列做法正确的是______（填字母代号）
A．调节滑轮，使细绳与长木板平行
B．平衡小车受到的滑动摩擦力时，必须把纸带穿过打点计时器并打点
C．实验时应先放开小车再接通打点计时器的电源
D．通过增减小车上的砝码改变质量时，必须重新平衡摩擦力
（2）如图所示为根据实验数据画出的图象，图象不过原点的原因是______________。
6．探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为50
Hz，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连。
甲
乙
（1）该同学在实验中打出了一条纸带，纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算：
①打C点时纸带的速度大小为_____
m/s；
②纸带运动的加速度大小为____
m/s2（结果保留3位有效数字）。
（2）若该同学平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度，根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a–F图线来探究加速度与合外力的关系，此实验操作____（选填“能”或“不能”）探究加速度与质量的关系。
7．如图为“用位移传感器、数据采集器等仪器研究加速度和力的关系”的实验装置。
（1）在实验中采用的方法是______法。实验中保持小车总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合外力，用DIS（数字化信息系统）测小车的加速度
（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，根据测得的多组数据可画出a–F关系图线如图所示；
①分析此图线的OA段（直线）可得出的实验结论是：在质量不变时______
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______
A．所挂钩码的总质量太大
B．所用小车的质量太大
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