2024-2025高中物理人教版必修分层基础提升卷第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系（分层练习）（解析版）.docx

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第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

实验原理与数据处理

1．（2024·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】????AC##CA????0.71????0.72????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≈0.71m/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】????天平##刻度尺????刻度尺##天平????反比????过大????①????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

3．某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑；

（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N—n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s—t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a；??

（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s—t图像如图（b）所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留2