2018-2019学年高中物理 专题4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系试题 新人教版必修1.doc

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系1实验原理（1）保持 不变，探究加速度跟合外力的关系。（2）保持 不变，探究加速度与质量的关系。（3）作出aF图象和a图象，确定其关系。2实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、 、 、导线两根、纸带、 、 。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：按照如实验原理图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：小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，取下纸带编号码。保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。描点作图，作aF的图象。保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图象。4误差分析（1）因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。（2）摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。5数据处理（1）利用 及逐差法求a。（2）以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成 。（3）以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成 。6注意事项（1）平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动。（2）不重复平衡摩擦力。（3）实验条件： 。（4）一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通 ，后释放 ，且应在小车到达滑轮前按住小车。一、物理学思想方法1近似法：在探究加速度与力、质量的关系实验中，近似法是指绳对小车的拉力近似等于绳另一端连接的小盘和砝码的总重力，近似法要在小盘和砝码的总重力远小于小车的重力的情况下才能用。2控制变量法：控制变量法是指分别研究加速度与力、加速度与质量关系时用到的方法，在实验中的具体体现是：研究加速度与力的关系时，保持小车质量不变；研究加速度与质量的关系时，保持小盘和砝码的总重力不变。3平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通过调整斜面倾角，让小车重力沿斜面的分力与摩擦力抵消，使小车受到的合外力等于绳对小车的拉力，体现在实验中是让小车不挂小盘时能在斜面上匀速运动。4化曲为直法：化曲为直法是指处理数据时，不作am图象而作a图象，反映在图象中就是把原来的曲线变成倾斜的直线。【例题1】如图所示是某同学设计的“探究加速度a与力F、质量m的关系”的实验装置图，实验中认为细绳对小车的拉力F等于砂和砂桶的总重力，小车运动的加速度可由纸带求得。（1）关于该同学对该实验的认识，下列说法中正确的是A该实验应用了等效替代的思想方法B该实验应用了控制变量的思想方法C实验时应先释放小车后接通电源D实验中认为细绳对小车的拉力F等于砂和砂桶的总重力，其前提必须保证砂和砂桶的总质量远远大于小车的质量（2）如图所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E、F是该同学在纸带上选取的六个计数点，其中计数点间还有若干个点未标出，设相邻两个计数点间的时间间隔为T。该同学用刻度尺测出AC间的距离为x1，BD间的距离为x2，则打B点时小车运动的速度vB=_，小车运动的加速度a=_。（3）某实验小组在实验时保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如表中所示。根据表中数据，在图坐标纸中作出F不变时a与的图象。次数123456小车加速度a/（ms2）1.721.491.251.000.750.50小车质量m/kg0.290.330.400.500.711.00/kg13.503.002.502.001.401.00参考答案：（1）B （2） （3）见解析图（3）如图通关秘籍：平衡摩擦纸带挂，小车板上运速滑；若要盘码当拉力，其重与车不可比；先通电源后放车，纸带应选易于测；曲线化直好思想，作图比例要适当。二、数据处理1把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/（ms2）小车受力F/N1234由以上数据画出它的aF关系图象如图所示。通过aF关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比。2把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/（ms2）小车质量M/kg1234由以上数据画出它的a图象，如图所示。通过a关系图象，我们可以得出小车的加速度a与质量的倒数成正比，说明a与M成反比。【例题2】某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示。已知小车质量M=214.6 g，砝码盘质量m0=7.8 g，所使用的打点计时器交流电频率f=50 Hz。其实验步骤是：A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复BD步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度。回答下列问题：（1）按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_（填“是”或“否”）。（2）实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a=_m/s2。（3）某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表：次数12345砝码盘中砝码的重力F/N0.100.200.290.390.49小车的加速度a/（ms2）0.881.441.842.382.89他根据表中的数据画出aF图象（如图）。造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_。参考答案：（1）否 （2）0.88 （3）在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力（只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确） 砝码盘的重力 0.08 N（2）a=0.88 m/s2.（3）实验中本应有（m0+m）g=Ma，由于实验中未计入砝码盘质量m0，测得的图象与真实图象相比沿F轴左移m0g，图象将不过原点。由图象及上述分析可知，m0g=0.08 N。1在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是A建立理想模型的方法B控制变量法C等效替代法D类比法2在“验证牛顿运动定律”实验的准备阶段，小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度。这样做的目的是A测量小车运动的加速度B平衡摩擦力C测量小车运动的速度D测量木板倾斜的角度3（2018江苏省盐城市龙冈中学高二年级学业水平调研考试）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法正确的是A在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源B在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小C在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出图象D在探究加速度与力的关系时，作图象应该用折线将所描的点依次连接4在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，不正确的是A实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系B实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系C在处理实验数据中，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比D在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比5在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法中错误的是A应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B可以用天平测出小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2，根据公式a=m1g/m2求出小车的加速度C处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D处理实验数据时采用a图象，是为了便于根据图线直观地作出判断6在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足为砂桶及砂桶中砂的质量的条件，结果得到的图象应是A B C D7（2018江苏省无锡市普通高中高二上学期期末考试）某组同学用如图所示装置，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。下列措施中不需要和不正确的是A首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力B小车的质量要远大于塑料桶的质量C实验中可以通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力D每次改变小车受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力8在“探究加速度和力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：（1）实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的_；（2）在实验操作中，下列说法正确的是_（填序号）A实验中，若要将砝码（包括砝码盘）的重力大小作为小车所受拉力F的大小应让小车质量远大于砝码（包括砝码盘）的重力B实验时，应先放开小车，再接通打点计时器的电源C每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度D先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变， 研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系（3）右图为研究“在外力一定的条件下，小车的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车的质量为_。9（2018云南省曲靖市沾益区四中高二上学期期末考试）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器的打点频率为50 Hz。（1）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为_m/s，小车的加速度为_m/s2。（2）该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持拉力不变，得到多组数据后他应描给的图象是_（填aM还是）。10如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。（1）在该实验中必须采用控制变量法。平衡摩擦后，应保持_不变，用钩码所受的重力作为_，用DIS测小车的加速度。 （2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据画出aF关系图线（如图所示）。分析此图线的OA段可得出的实验结论是 。此图线的AB段明显偏离直线，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11（2018云南省保山一中高二下学期期末考试）光电门在测量物体的瞬时速度方面有得天独厚的优势，比如在探究加速度和力的关系时就省去了打点计时器分析纸带的不便，实验装置如图甲所示。（1）测量遮光条的宽度，游标卡尺测量的结果如图乙所示，遮光条宽度d为_cm。（2）某次实验过程中，已经得到AB之间的距离l和遮光条通过光电门的时间t和力传感器的示数F，若要完成探究目的，还需要满足的条件是_。若要以F为横坐标，做出一条倾斜的直线来判断加速度和力成正比，那么纵坐标的物理量应该是_（选填或）。12为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）（1）实验时，一定要进行的操作是_。A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M（2）该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两相邻计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的aF图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_。A2tan BCk D13（2018广东省深圳市宝安区宝安中学高三七校联合体考前冲刺交流考试）如图甲所示为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量的关系”实验装置简图，在实验中认为细线对小车拉力F的大小等于砝码和砝码盘的总重力，小车运动的加速度a的大小可由纸带上的点求得。（1）实验过程中，电火花计时器应接在_（填“直流”或“交流”）电源上，连结小车与砝码盘的细线跨过定滑轮，调整定滑轮，使_。（2）图乙是实验中获取的一条纸带的一部分，其中0、1、2、3、4是计数点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示，打“3”计数点时小车的速度大小为v=_m/s；由纸带求出小车的加速度的大小a=_m/s2。（计算结果均保留2位有效数字）（3）在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F关系图线如图丙所示，该图线不通过坐标原点，原因可能是_。14如图是某同学用来探究“小车的加速度与外力关系”的实验装置，轨道上的B点固定一光电门，将连接小车的细线跨过滑轮系住小钩码，平衡摩擦力后在A点释放小车，测出小车上挡光片通过光电门的时间为t。（1）若挡光片的宽度为d，挡光片前端距光电门的距离为L，则小车的加速度a=_。（2）在该实验中，下列操作中正确的是_。A要用天平称量小车质量B每次改变钩码，都不需要测量其质量（或重力）C调节滑轮的高度，使细线与轨道平行D每次小车从A点出发允许有不同的初速度（3）由于挡光片有一定的宽度，则实验中测出的小车加速度值比真实值_。（填“偏大”“相等”或“偏小”）。15（2018河南省焦作市高二下学期联合考试）如图所示是某同学验证牛顿第二定律的实验装置，不计滑轮摩擦阻力以及滑轮与细绳的质量，重力加速度为。该同学的实验步骤如下：a将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，车上安装一个挡光片，宽度为。长木板上固定着两个光电门和，距离为，砂桶通过细绳绕过定滑轮与小车相连，细绳与长木板平行；b调整长木板的倾角，使得小车恰好在细绳拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为；c某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动；d测得挡光片通过光电门的时间为，通过光电门的时间为挡光片，小车的质量为；e依据以上数据探究牛顿第二定律。（1）根据以上步骤，下列关于实验过程的表述正确的是_。A实验时，先剪断细绳，后接通光电门电源B实验时，剪断细绳小车所受的合外力为C实验过程中，不需要测出斜面的倾角D实验时，应满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量（2）根据实验数据可得小车的加速度_。（用步骤中已知的字母表示）（3）如果要验证牛顿第二定律中加速度与质量成反比的关系，需要保持砂和砂桶的质量不变，更换不同的小车，重复进行步骤、。如果_在误差允许范围内为定值，就可以说明合外力一定时加速度与质量成反比。（用步骤中已知的字母表示）16某同学用如图1所示的装置探究小车加速度与合外力的关系。图中小车A左端连接一纸带并穿过打点计时器B的限位孔，右端用一轻绳绕过滑轮系于拉力传感器C的下端，A、B置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上。不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量。实验时，先接通电源再释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。该同学在保证小车A质量不变的情况下，通过改变P的质量来改变小车A所受的外力，由传感器和纸带测得的拉力F和加速度a数据如下表所示。次数12345F/N0.100.180.260.300.40a/（ms2）0.080.220.37 0.59（1）第4次实验得到的纸带如图所示，O、A、B、C和D是纸带上的五个计数点，每两个相邻点间有四个点没有画出，A、B、C、D四点到O点的距离如图2。打点计时器电源频率为50 Hz。根据纸带上数据计算出小车加速度a为 m/s2。（2）在实验中， （选填“需要”或“不需要”）满足重物P的质量远小于小车A的质量。（3）根据表中数据，在图3所示坐标系中作出小车加速度a与力F的关系图象。（4）根据图象推测，实验操作中重要的疏漏是 。17（2018广东省汕头市高一下学期期末教学质量监测）如图1所示是研究“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。请回答下列问题：（1）为了消除小车与水平桌面之间摩擦力的影响应采取的做法是_。A将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板C将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动（2）在实验中得到一条打点的纸带，如图2所示，已知相邻计数点的时间间隔为T，且间距s1、s2、s3、s4、s5、s6已量出，则小车加速度的表达式为_。（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度与所受外力F的关系。他们在轨道水平和倾斜两种情况下分別做了实验，得到两条图线线，如图3所示。图线中在轨道倾斜情况下得到的是_（填或），其图线没过坐标原点的原因是_。18如图甲所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系”的实验装置图。图甲中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于一端带有定滑轮的足够，长的木板上，P的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与滑轮之间的摩擦。（1）下列说法正确的是_A端带有定滑轮的长木板必须保持水平B实验时应先接通电源后释放小车C实验中m2应远小于m1D测力计的读数始终为m2g/2（2）如图乙所示为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出。由此可求得小车的加速度的大小是_m/s2。（交流电的频率为50 Hz，结果保留二位有效数字）（3）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的图象，可能是下列哪个选项中的图象_。19（2018北京市第156中学高一上学期月考）如图所示，在探究加速度和力、质量关系的实验中，若1、2两个小车所受拉力分别为、，车和车中的砝码总质量分别为、，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为、，关于实验操作、在实验误差允许范围内的结论，下面说法正确的是A两小车必须从静止开始运动，但运动时间可以不同B两个小车不必从静止开始运动，但运动时间必须不同C按题干叙述方式操作，当、时，D按题干叙述方式操作，当、时，20用如图所示装置测量重锤的质量M，其主要实验步骤如下：在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片，重锤下端贴一遮光片，铁架台上安装有光电门；调整重锤的高度，使其从适当的位置由静止开始下落，读出遮光片通过光电门的时间t0；从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上，让重锤每次都从同一位置由静止开始下落，计时器记录的挡光时间分别为tl、t2。根据上述实验回答下列问题：（1）挡光时间为t时，重锤的加速度为a0；从左侧取下1块铁片置于右侧重锤上时，对应的挡光时间为tl，重锤的加速度为a1，则_（结果用t0和t1表示）。（2）设从左侧取下i块铁片置于右侧重锤上时，重锤下落的加速度为ai，根据实验数据，作出一i的图线是一条直线，若直线的斜率为k，则重锤的质量M=_。21用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力。（1）某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图乙，直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止。请问这位同学的操作是否正确？答：_（“正确”或“错误”）。（2）如果这位同学按如（1）中的操作，然后不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的aF图线是下图中的_（将选项代号的字母填在横线上）。（3）打点计时器使用的交流电频率f=50 Hz。下图是某同学在正确操作下获得的一条纸带，A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出。写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a=_。根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为_ m/s2（结果保留两位有效数字）。22（2018江西省高安中学高一（实验班）下学期期末考试）某同学用如图所示的装置测量物体间的动摩擦因素。气垫导轨（附有标尺）上某位置固定一光电门，调节导轨水平。在不给导轨充气的情况下，让滑块获得一个初速度，使其自右向左匀减速通过光电门，光电门记录下挡光片（宽度为d）的挡光时间t，滑块通过光电门后继续滑行的距离为x，重力加速度为g。（1）已知挡光片的宽度d3 cm，某次实验时挡光时间t0.015 s，用计算得2 m/s，该结果是指_（填“平均”或“瞬时”）速度，它_（填“大于”、“等于”或“小于”）挡光片的中心线（图中虚线）经过细光束时的速度；（2）在挡光片较窄的条件下，给滑块不同的初速度，测得多组t和x，作出（t）2图象如图所示，图线的斜率为k，则滑块与导轨间的动摩擦因素_（用d、g、k表示）。23如图1所示为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持小车质量不变，平衡摩擦力后，用_作为小车所受合外力，用DIS测小车的加速度。图1（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出aF关系图线（如图2所示）。图2分析此图线的OA段可得出的实验结论是_。此图线的AB段明显偏离直线，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24（2018四川省三台中学实验学校高一月考）某实验小组采用图1所示的装置做“探究加速度与力的关系”实验：小车放置在水平放置的长木板上，纸带连接车尾并穿过打点计时器，用来测定小车的加速度a，钩码通过细线对小车的拉力为F。在保持小车质量不变的情况下，改变对小车拉力F的大小，测得小车所受拉力F和加速度a的数据如下表：（1）在图2中，建立出aF坐标系，根据测得的数据，在图中作出aF关系图线。（2）若要让细线对小车的拉力F为小车受到的合外力，则实验中的改进措施是_。A更换一块长木板B适当增加小车的质量C适当垫高长木板的右端D适当增加钩码质量（3）图3是实验中得到的一条已打点的纸带，纸带上的A、B、C、D、E、F、G均为相邻计数点，已知打点计时器的打点周期为0.02 s，相邻两个计数点之间还有4个计时点未标出，由于E、F点打点模糊，只测量标记了AB、BC、CD、DG的距离，根据记录的数据，测得小车运动的加速度大小a=_m/s2，打D点时的速度大小vD=_m/s。（以上结果都保留2位有效数字）。25（2016全国新课标卷）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0.010 kg。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快，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Nn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st图象，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st图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。n123450.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出an图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用an图象求得小车（空载）的质量为_kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 ms2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_（填入正确选项前的标号）Aan图线不再是直线Ban图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大26（2014课标全国卷）某同学利用图（a）所示实验装置即数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示，实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：图（a） 图（b）（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_（填“线性”或“非线性”）的关系。（2）由图（b）可知，图线不经过远点，可能的原因是_。（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_。1B【解析】在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，B正确。2B【解析】在“验证牛顿运动定律”实验的准备阶段，小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度，这样做的目的是平衡摩擦力，使绳的拉力为小车受到的合力，故选项B正确。【点睛】探究加速度与拉力的关系实验时，操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车。在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码质量。在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a-1/m图象。4D【解析】本实验就是利用控制变量法得到a，F，m三者的关系，A，B，C所述符合实验的思路和道理符合要求，故D正确。5B【解析】实验中应满足A所述的条件，故A正确；实验中加速度不能根据公式求解，故B错误；画图象时偏离较远的点已舍弃，误差较小，故C正确；采用a图象，图象为直线，更直观，故D对。6D【解析】随着增大，小车质量在减小，因此小车质量不再满足远大于砂和砂桶的质量，加速度不可能一直均匀增大，加速度的增大幅度将逐渐减小，最后趋近与定值g，D正确。7D【解析】A、首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力，故A正确；B、当小车的质量要远大于塑料桶及所装的砝码的质量时，才能认为塑料桶及所装的砝码的重力等于小车所受的合力，故B正确；C、实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，故C正确；D、平衡摩擦力后，在实验过程中不需要重新平衡摩擦力，故D错误。【点睛】掌握实验注意事项即可正确解题，实验前要平衡摩擦力，要掌握平衡摩擦力的方法，平衡摩擦力不能过度。8（1）平衡摩擦力 （2）AD （3）【解析】（1）实验时，我们认为绳子的拉力是小车受到的合外力，为达到这个目的，我们要先要将带有滑轮的木板另一端垫起，目的是平衡摩擦力。（2）把M、m看成一个整体，根据牛顿第二定律得：mg=(M+m)a，对M分析可得绳子的拉力为：F=Ma，联立解得：，知当砝码总质量远小于滑块质量时，滑块所受的拉力等于砝码的总重力，所以应满足的条件是砝码的总质量远小于滑块的质量，故A正确；使用打点计时器时，都应该先开电源，后释放纸带，故B错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsin=Mgcos，故=tan，与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，故D正确。（3）对小车，根据牛顿第二定律得：F=(m+M)a，变形得：，在图象中，图线的斜率表示，则，在图象中图象的截距为：，可得：。9（1）0.85 5 （2）【点睛】实验问题需要结合物理规律去解决。对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由，其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚，数据处理时注意单位的换算。10（1）小车的总质量 小车所受外力 （2）在质量不变的条件下，加速度与外力成正比 C【解析】（1）“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验采用了控制变量法来验证牛顿第二定律，所以应保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受外力，来探究力与加速度的关系；（2）由OA段是直线，证明了aF成正比设钩码的质量为m，小车的质量为M，以小车、钩码整体为研究对象得：，以小车为研究对象得，联立解得，当时，本实验用钩码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力，小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，实验误差越小，所以本实验的选项C正确。11（1）0.225 （2）滑块由A点静止释放 【解析】（1）20格的游标卡尺的精度为0.05 mm，游标卡尺的主尺读数为2 mm，游标读数为0.055 mm=0.25 mm，所以最终读数为：2 mm+0.25 mm=2.25 mm=0.225 cm。（2）若要完成探究目的，实验时，将滑块从A位置必须由静止释放；由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式得若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离l。由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v2=2al，v=，a=F/M，可得：，解得：F=。【点睛】解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，主尺读数加上游标读数，不需估读；常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础。处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项。12（1）BCD （2）1.3 （3）D13（1）交流 细线与木板平衡 （2）0.26 0.50 （3）平衡摩擦力过度【解析】（1）电火花计时器应接在交流电源上，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行。（2）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：；根据作差法得：。（3）由图象可知，aF图象在a轴上有截距，说明没有加力时，物体已经产生了加速度，这是由于平衡摩擦力过度造成的。14（1） （2）BC （3）偏大15（1）BC （2） （3）【解析】（1）实验时，应先接通光电门，然后再剪断细绳，A错误；剪断细绳之前，小车恰能沿斜面向下做匀速直线运动，受力平衡，小车动力和摩擦阻力的合力应等于，故剪断细绳之后，小车失去平衡，所受合力应为，B正确；斜面的倾角不需要测出，没有质量的特殊限制，C正确，D错误；故本小题选BC；（2）小车通过第一个光电门的瞬时速度大小为，通过第二个光电门的瞬时速度大小为，根据匀变速直线运动速度与位移的关系，可得；（3）因为实验中d和L都是常数，所以只要在误差允许范围内为定值，就可以说明合外力一定时加速度与质量成反比【点睛】根据平衡关系，可确定小车下滑过程中合外力的大小；根据数字毫秒计光电传感器测速度的原理，结合速度和位移的关系，即可求得加速度。16（1）0.43 （2） 不需要 （3）如图所示（4）没有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足（3）如图所示；（4）由图知，图象与F轴相交，拉力小于某一数值时，加速度为零，所以是因为没有平衡摩擦力或者摩擦力平衡的不够。17（1）C （2） （3） 倾斜角度过大，没有平衡好摩檫力【解析】（1）平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让重力沿斜面向下的分力等于小车受到的摩擦力，所以平衡时应为：将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，故应选C；（2）由匀变速运动的规律得：s4s1=3aT2，s5s2=3aT2，s6s3=3aT2，联立得：（s4+s5+s6）（s1+s2+s3）=9aT2，解得：；（3）由图象可知，图象中，当F=0时，a0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高，所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的，所以图象不过原点的原因为平衡摩擦力过大。18（1）B （2）0.50 （3）C19D【解析】研究实验必须要控制不变量或其他物理量必须是一样的，故AB错误。当、时，由得，由，得，C错误。当，时，由得，由，得，D正确。故选D。20（1） （2）【解析】（1）设挡光条的宽度为d，则重锤到达光电门的速度v=，当挡光时间为t0时的速度，挡光时间为t1时的速度，重锤在竖直方向做匀加速直线运动，则有：，联立可得：。（2）根据牛顿第二定律得：，解得：，作出的图线的斜率为k，则，解得：。21（1）错误 （2）C （3） 0.60【解析】（1）如果垫高一端，小车开始从静止滑下，表明物体做初速度为零的匀加速直线运动，小车有加速度了，即，故这种做法是错误的。（2）由于按照第（1）步的操作进行实验，实验之前已经有加速度了，纵坐标为正值，a与F不再是正比例关系，而应是一次函数关系。（3）由于纸带是4段，则加速度为。22（1）平均 小于 （2）【点睛】极短时间内的平均速度等于瞬时速度，挡光片的中心线（图中虚线）经过细光束时的速度是中间位置的速度，根据牛顿第二定律和运动学公式、图象求出滑块与导轨间的动摩擦因素。23（1）钩码重力 （2）加速度与力成正比 C【解析】（1）探究加速度与力的关系，应保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合力；（2）由OA段图象可知，小车质量保持不变时，加速度与拉力成正比；（3）对小车，根据牛顿第二定律：T=Ma；对钩码：mgT=ma。可得：，当m钩码m小车时，可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，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，aF图象偏离直线，故C正确。24（1）如图所示 （2）C （3）0.40 0.35【解析】（1）在aF图象中根据所给的数据描点。用一条直线连接这些点（连接时要让尽可能多得点落在直线上，让其他的点尽可能分布在直线的两侧）。做出图象如图所示。【点睛】（1）（2）当拉力大于等于最大静摩擦时，物体开始运动；aF图线过坐标原点即绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故需要平衡摩擦力，其方法是适当垫高长木板的右端。（3）利用逐差法求得加速度。根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度求得。25（3）0.39 （4）如图所示 （5）0.45 （6）BC【解析】（3）因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，故将（2，0.78）代入可得。（4）根据描点法可得如图所示图线。（5）根据牛顿第二定律可得，代入m=0.010 kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得。（6）因为如果不平衡摩擦力，则满足的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，A错误B正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故C正确。【方法技巧】对于高中实验，要求能明确实验原理，认真分析各步骤，从而明确实验方法；同时注意掌握图象的性质，能根据图象进行分析，明确对应规律的正确应用。