2014高考一轮复习第三章第4讲 实验三　探究加速度与物体质量、物体受力的关系试题及答案

1、某研究性学习小组用如图3－4－8所示的装置探究牛顿第二定律．该小组在实验中确定的研究对象是小车，而且认为细线对小车的拉力等于砂桶和砂的总重力，也是小车所受的合外力．则对该实验，以下说法中不正确的是 (　　)．

A．在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直到小车在砂桶和砂的拉动下带动纸带做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力

B．实验中必须使砂桶和砂的总质量远小于小车的质量

C．细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力

D．该实验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律的

解析　把长木板一端垫高是为了平衡摩擦力，但不能在砂桶的拉力下做匀速运动，而应该在不挂砂桶的情况下，拖动纸带做匀速运动．

答案　A

2、某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图3－4－9所示的a－F图象．

 (1)图线不过坐标原点的原因是_______________________________________

_________________________________________________________________；

(2)本实验中是否仍需要砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量________(填“是”或“否”)；

(3)由图象求出小车和传感器的总质量为________ kg.

图3－4－9

解析　(1)a－F图象与横轴交点为(0.1，0)，说明施加外力在0.1 N之内小车和传感器没有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

(2)因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力，因此不需要保证砂和桶的质量远小于小车和传感器的总质量．

(3)a－F图象斜率为，由图知图象斜率k＝1，则小车和传感器的总质量为1 kg.

答案　(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(2)否　(3)1

3、如图3－4－10所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲\，乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，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．不计空气阻力及一切摩擦．

 (1)在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，操作中必须满足________________；要使小车所受合外力一定，操作中必须满足________________________．

实验时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t.改变小车质量m，测得多组m\，t的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是________．

 (2)如图3－4－11，抬高长木板的左端，使小车从靠近光电门乙处由静止开始运动，读出测力计的示数F和小车在两光电门之间的运动时间t₀，改变木板倾角，测得多组数据，得到的F－的图线如图3－4－12所示．

实验中测得两光电门的距离L＝0.80 m，砂和砂桶的总质量m₁＝0.34 kg，重力加速度g取9.8 m/s²，则图线的斜率为________(结果保留两位有效数字)；若小车与长木板间的摩擦不能忽略，测得的图线斜率将________(填“变大”\，“变小”或“不变”)．

图3－4－10

图3－4－11　　　　　　　图3－4－12

答案　(1)小车与滑轮间的细绳与长木板平行　砂和砂桶的总质量远小于小车的质量　C

(2)0.54 kg·m或0.54 N·s²　不变

4、图3－4－13为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

(1)(单选)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是                                                                                                            (　　)

A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时

器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，

撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观

察判断小车是否做匀速运动

(2)(单选)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是    (　　)．

A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g

B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g

C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g

D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g

(3)图3－4－14是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为：s_AB＝4.22 cm、s_BC＝4.65 cm、s_CD＝5.08 cm、s_DE＝5.49 cm，s_EF＝5.91 cm，s_FG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度大小a＝________m/s².(结果保留两位有效数字)．

图3－4－13

图3－4－14

解析　(1)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使细线对小车的拉力大小等于小车所受的合外力，则需要平衡摩擦力，并使细线与长木板平行．平衡摩擦力的方法是只让小车牵引纸带(撤去砂及砂桶)，纸带穿过打点计时器，并垫高长木板不带滑轮的一端，打点计时器接通电源工作．如果打出纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动．故选项B正确，选项A、C错误．

(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为使细线对小车的拉力等于砂及砂桶的总重力，则M?m，且尽可能地多做几组．故选项C最合理．

(3)根据题意，相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，

根据Δs＝aT²，得，

s_DE－s_AB＝3a₁T²　s_EF－s_BC＝3a₂T²　s_FG－s_CD＝3a₃T²

所以小车的加速度

a＝＝＝0.42 m/s².

答案　(1)B　(2)C　(3)0.42

5、如图3－4－15为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率．

 (1)实验主要步骤如下：

①将拉力传感器固定在小车上；

②平衡摩擦力，让小车做________运动；

序号	F(N)	v－v(m2/s2)	a(m/s2)
1	0.60	0.77	0.80
2	1.04	1.61	1.68
3	1.42	2.31
4	2.62	4.65	4.84
5	3.00	5.49	5.72

③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；

④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率v_A、v_B；

⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作．

(2)下表中记录了实验测得的几组数据，v－v是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝________．请将表中第3次的实验数据填写完整．

(3)由表中数据，在图3－4－16中的坐标纸上作出a－F关系图线．

 (4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的原因是______________________．

图3－4－15

图3－4－16

解析　(1)判断摩擦力是否平衡，要根据小车不受拉力作用时，沿长木板能否做匀速直线运动．(2)小车在拉力作用下做匀变速直线运动，由匀变速直线运动的规律可得：a＝.小车在不同拉力作用下均做匀变速直线运动，由v－v与a成正比可得：a＝2.40 m/s².

(3)根据表中a与F的数据描点，发现各点基本处于同一条直线上，通过各点作直线即可．

(4)没有完全平衡摩擦力．当没有完全平衡摩擦力时，由F－F_f＝ma得：a＝F－，a－F图线交于F轴的正半轴．

答案　(1)②匀速直线　(2)　2.40　(3)如解析图所示　(4)没有完全平衡摩擦力

6、在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中正确的是(　　)．

A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上

B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行

C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动

D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车

解析　本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上，A错；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对．

答案　BCD

7、 “验证牛顿运动定律”的实验，主要的步骤有：

A．将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上；

B．打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小；

C．分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系，从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系；

D．在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳；

E．在小车的前端分别系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘内分别放着数目不等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量．分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量．

上述实验步骤，正确的排列顺序是________．

解析　此题考查的是实验步骤，对于实验的一些常识，必须牢记于心，结合本实验的实验步骤，不难排列出正确的顺序．

答案　AEDBC

8、用如实图4-1所示的装置来探究物体的加速度与力、质量的关系．实验时，小盘和砝码牵引小车，使小车做初速度为零的匀加速运动．

(1)    此实验中可以不测量小车加速度的具体值，原因是

___________________________________________________________________

____________________________________________________________________.

(2)通过改变________，就可以改变小车所受的合力．

(3)在探究加速度与质量关系时，分别以________为纵坐标、________为横坐标作图象，这样就能直观地看出二者关系．

实图4-1

答案　(1)探究的是加速度与其他量之间的比例关系(其他解答只要合理即可．如：初速度为零的匀加速运动，在相同的时间内，位移与加速度成正比)

(2)砝码的数量　(3)a或()　(或a)

9、在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线．为了完成实验，还须从如实图4-2中选取实验器材，其名称是

___________________________________________________________________

_______________________________________________________________；

并分别写出所选器材的作用

______________________________________________________________

_______________________________________________________________.

实图4-2

解析　电磁打点计时器用来打点计时，以便测定加速度，要配备4～6 V学生电源(交流电源)为其供电，通过改变砝码个数来改变拉力大小．钩码放在小车上来调节小车质量．也可用电火花打点计时器来代替学生电源和电磁打点计时器，因为电火花打点计时器使用220 V交流电，不使用学生电源．

答案　学生电源、电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、钩码、砝码　学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器(电火花打点计时器)记录小车的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到拉力的大小，还可以用于测量小车的质量．

10、为了探究加速度与力的关系，使用如实图4-3所示的气垫导轨装置进行实验．其中G₁、G₂为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G₁、G₂光电门时，光束被遮挡的时间Δt₁、Δt₂都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：

 (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？

答　_________________________________________________________________

___________________________________________________________________

_______________________________________________________________.

(2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________．

A．m＝5 g                               B．m＝15 g

C．m＝40 g                              D．m＝400 g

(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为________________．(用Δt₁，Δt₂，D，x表示)

实图4-3

答案　(1)取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等

(2)D

(3)a＝

11、为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如实图4-4所示)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．

 (1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．

(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：

时间t/s	0	0.50	1.00	1.50	2.00	2.50
速度v/(m·s－1)	0.12	0.19	0.23	0.26	0.28	0.29

请根据实验数据在实图4-5作出小车的vt图象．

(2)    通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大．你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由．

实图4-4

实图4-5

解析　(3)由速度图象的斜率可以看出速度越大，加速度越小．所以该同学分析合理．

答案　(1)之前

(2)如图所示

 (3)同意．在vt图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大．