《【上好课】2022-2023学年高一物理同步备课系列（人教版2019必修第一册）》第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系（分层练习）（解析版）

3.0 envi 2024-12-31 4 4 2.94MB 28 页 3知币
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第 2 节 实验：探究加速度与力、质量的关系
一、实验原理与数据处理
1．（2022·湖南·汉寿县第一中学高一期末）在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，某小组在实
验室组装了如图甲所示的装置。小车及其上所放砝码总质量为
M
，砂和小桶总质量为
m
。要完成该实验，请
回答下列问题：
（1）关于该实验以下说法正确的是__________
A．安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平行
B．平衡摩擦力时，撤去砂桶，轻推小车，接通打点计时器的电源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运
动
C．实验过程中，向砂桶内加砂时，必须保证砂和砂桶的总质量
m
远小于小车与砝码的总质量
M
D．改变小车总质量时，必须要重新进行平衡摩擦操作
（2）图乙是按照规范操作的某次实验得到的一条纸带，已知打点计时器的工作频率为 ，则打下点
C
时滑块的瞬时速度 =___________ ；滑块的加速度
a
=___________m/s2。（结果均保留 2 位有效数字）
（3）在探究
a
与
F
的关系时，作出了 图线如图丙所示，该图线不过原点的主要原因是________；
【答案】ÁÁÁÁ AC##CAÁÁÁÁ 0.71ÁÁÁÁ 0.72ÁÁÁÁ 平衡摩擦时木板倾角太小或未平衡摩擦
力
【详解】（1）[1]A．为使小车受到的拉力恒定，安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木
板平行，故 A 正确；
B．为充分利用质点，实验时应先接通打点计时器的电源，再轻推小车，故 B 错误；
C．为使砂和砂桶的重力能够替代小车受到的合外力，应保证砂和砂桶的总质量
m
远小于小车与砝码的总质
量
M
，故 C 正确；
D．改变小车总质量时，阻力和重力的下滑分力仍然平衡，不需要重新进行平衡摩擦操作，故 D 错误。
故选 AC。
（2）[2]频率为 ，打点时间间隔
T
=0.02s
=0.708m/s≈0.71 m/s
[3]根据逐差法
（3）[4]由图可知
F
较小时加速度为零，即摩擦力还存在，即平衡摩擦时木板倾角太小或未平衡摩擦力。
2．某实验小组利用如图 1 所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。
（1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电
源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________；
（2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数 为横坐标，小车的加速度
a
为纵坐标，在坐标纸上作出
的
a
关系图线如图 2 所示。由图可分析得出：加速度与质量成________关系（填“正比”或“反比”）；
图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角________（填“过
大”或“过小”）；
（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度
a
与所受外力
F
的关系，他们在轨道水平及
倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条
a
-
F
图线，如图 3 所示。图线________（填“①”或“②”）
是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量
m
＝________kg。
【答案】ÁÁÁÁ 天平##刻度尺ÁÁÁÁ 刻度尺##天平ÁÁÁÁ 反比ÁÁÁÁ 过大ÁÁÁÁ
①ÁÁÁÁ 0.5
【详解】（1）[1][2]除了所给器材以外，实验中还需要刻度尺（用于测量纸带上点间距）和天平（测量
小车、托盘及砝码的质量）。
（2）[3]由图可知，在不考虑图线不过原点这一误差的情况下，
a
与 成正比，所以加速度与质量成反比。
[4]根据牛顿第二定律有
正常情况下图线应过原点，但图 2 中图线出现了纵截距，说明小车所受合力大于
F
，引起这一误差的主要
原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大。
（3）[5]在倾斜轨道上实验时，当
F
为零时，小车就应具有加速度，所以图线应具有纵截距，即图线①是
在轨道倾斜情况下得到的。
[6]设
F
＝0 时，小车沿倾斜轨道向下的合力大小为
F′
，根据牛顿第二定律有
即
所以图线的斜率为
解得
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