2020届高考高三二轮复习实验培优练：探究加速度与力、质量的关系

一、实验题

1. 难度：中等

某同学利用图 1 所示的实验装置在做“探究加速度与力、质量关系”的实验时，

（1）图 2 为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的 5 个计数点，依次为 A、 B、C、D 和 E，相邻计数点之间还有 4 个点没有标出，已知打点计时器所使用交流电源 的频率为 50Hz．由纸带量出相邻的计数点之间的距离分别为 sAB=4.22cm 、sBC=4. 65cm、 SCD =5.08cm、sDE =5.49cm, 打点计时器打下 C 点时，小车的速度大小为_____m/s，小 车的加速度大小为_____m/s²．（结果保留两位有效数字）

                  

（2）某同学探究“保持物体所受合外力不变，其加速度与质量的关系”时，作出如图 3所示的图象，由图象可知，小车受到的合外力的大小是__________N.

（3）该同学探究“保持物体质量不变，其加速度与所受合外力的关系”时，根据实验测 得的数据得出的 a-F 图线，如图 4 所示，图线既不过原点，又不是直线，其原因可能是（__________）

A.实验中摩擦力没有平衡

B.实验中摩擦力平衡过度

C.实验中绳子拉力方向没有跟平板平行

D.实验中未满足钩码质量远小于小车质量．

2. 难度：中等

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，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可画出a-F关系图线（如图所示）．

①分析此图线的OA段可得出的实验结论是___________．

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.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

3. 难度：中等

某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的小钩码探究加速度与力的关系，实验装置如图甲所示．

（1）图乙是实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可得小车的加速度a=__m/s²；

（2）该实验小组以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F为横轴，作出的图象如丙图中图线1所示，发现图象不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改装，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力F′，作a﹣F′图如丙图中图线2所示，则图象不过原点的原因是__，对于图象上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是____________；

（3）该实验小组在正确操作实验后，再以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F和传感器测得的F′为横轴作图象，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方案_____________．

4. 难度：中等

图甲为“研究加速度和力的关系”的实验装置．在实验操作中，将砝码盘和砝码所受的重力看成小车所受合外力．在保持小车总质量不变的情况下，改变所加砝码的数量，多次重复测量，得到加速度随力的变化规律如图乙所示．

(1)分析发现图线的水平轴上有明显的截距(OA不为零)，这是因为_______________________．

(2)在图乙的a－F图线中，AB段基本是一条直线，由此得到，在小车总质量一定的条件下，加速度与小车受到的合外力的关系是____________________________________．而BC段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是__________________________.

5. 难度：中等

在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图（a）所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器（发射器）随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器（接收器）固定在轨道一端．实验中力传感器的拉力为F，保持小车（包括位移传感器发射器）的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图（b）所示．

（1）小车与轨道的滑动摩擦力f=________ N．

（2）从图象中分析，小车（包括位移传感器发射器）的质量为________kg．

（3）该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面的倾角θ调整到________．(保留两位有效数字)

6. 难度：中等

利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系．

①做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器（图中未画出）可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为△t₁、△t₂；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离L，用游标卡尺测得遮光条宽度d，则滑块经过光电门1时的速度表达式V₁=_______；滑块加速度的表达式a=_______．（以上表达式均用已知字母表示）．如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为_________mm．

②在实验过程中，当改变小车质量M时，通过改变__________________________保证小车受到的合力大小不变．

7. 难度：中等

“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示．

(1)下列说法正确的是________．

A．在探究加速度与质量的关系时，应该保证拉力的大小不变

B．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足对探究过程也不会产生影响

C．在探究加速度与力的关系时，只需测量一次，记录一组数据即可

D．在探究加速度与力的关系时，作a－F图象应该用折线将所描的点依次连接

(2)在实验中，某同学得到了一条纸带如图所示，选择了A、B、C、D、E作为计数点，相邻两个计数点间还有4个计时点没有标出，其中x₁＝7.05 cm、x₂＝7.68 cm、x₃＝8.30 cm、x₄＝8.92 cm，电源频率为50 Hz，可以计算出小车的加速度大小是________m/s².(保留两位有效数字)

(3)某同学将长木板右端适当垫高，其目的是________．如果长木板的右端垫得不够高，木板倾角过小，用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力，他绘出的a－F关系图象可能是________．

A.B.

C.D.

8. 难度：中等

为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙两同学设计了如图所示的实验装置。其中M为小车的质量，m为砂和砂桶的质量，滑轮由铁丝固定在车上，质量为m₀=0.1kg。力传感器可测出轻绳中的拉力F的大小，不计滑轮与轻绳之间的摩擦。

（1）实验时，一定要进行的操作是____（填写选项前字母）

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，同时记录力传感器的示数

D.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）甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车在2号点时的速度为___m/s，小车的加速度为____m/s²；（结果保留三位有效数字）

（3）乙同学根据测量数据作出如图所示的a—F图线，该同学做实验时存在的问题是____；

（4）乙同学改正实验方案后，得到了如图的a—F图线。则小车的质量M为____。

9. 难度：中等

某实验小组做“探究加速度和力、质量的关系”实验。

（1）用如图甲所示装置做实验，图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器可直接显示所受拉力的大小。做实验时，下列操作必要且正确的是___

A．将长木板右端适当垫高，小车未挂砂桶时，在木板上静止释放，轻推小车后，恰能匀速下滑

B．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，同时记录传感器的示数

C．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

D．用天平测出砂和砂桶的质量

（2）实验时，该小组同学平衡了摩擦力后，在小车质量M保持不变的情况下，不断往砂桶里加砂，直到砂和砂桶的质量最终达到M。测出每次加砂后拉力传感器的示数F和小车的加速度a，作的图象。下列图线中正确的表示该小组的图象是___

         

（3）下图是实验中得到的一条纸带，图中打相邻两计数点的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可得小车的加速度a为____ m/s²。

10. 难度：中等

在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：

（1）某小组同学用如图所示装置，采用控制变量法来研究在小车质量不变的情况下，小车加速度与小车受力的关系．下列措施中正确的是______．

A．平衡摩擦力的方法就是将木板一端垫高，在塑料小桶中添加砂，使小车在绳的拉力作用下能匀速运动

B．实验中应先放小车，然后打开打点计时器的电源

C．在每次实验中，应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量

（2）如图所示是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带．取计数点A、B、C、D、E、F、G，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T = 0.10 s，用刻度尺测量出各相邻计数点间的距离如图乙所示，则小车运动的加速度大小a =_________m/s²，打纸带上C点时小车的瞬时速度大小v_C =__________m/s．（结果保留二位有效数字）

11. 难度：中等

小华所在的实验小组利用如图甲所示的实验装置探究牛顿第二定律，打点计时器使用的交流电频率f＝50 Hz，当地的重力加速度为g。

（1）图乙是小华同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出．若s₁＝2.02 cm，s₂＝4.00 cm，s₃＝6.01 cm，则B点的速度为：v_B＝________m/s(保留三位有效数字)．

（2）在平衡好摩擦力的情况下，探究小车加速度a与小车质量M的关系中，某次实验测得的数据如表所示．根据这些数据在坐标图中描点并作出a－图线________。从a－图线求得合外力大小为________N(计算结果保留两位有效数字).

12. 难度：中等

在“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验中，实验装置如图甲所示，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz．

（1）下列说法正确的是____________．

A．需要用天平测出砂和砂桶的总质量

B．定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行

C．挂上砂桶，调节长木板的倾角，以平衡摩擦力

D．小车先从靠近打点计时器处释放，后接通电源

（2）实验中得到的一条纸带如图乙所示，0~6为计数点，测得x₁＝2.80 cm，x₂＝4.40 cm，x₃＝5.95 cm，x₄＝7.60 cm，x₅＝9.15 cm，x₆＝10.75 cm．根据纸带数据，求出小车的加速度a=_______m/s²．（结果保留两位有效数字）

（3）在实验过程中小车的加速度____________（选填“大于”“等于”或“小于”）砂和砂桶的加速度．

（4）以弹簧测力计的读数F为横坐标，通过纸带计算出的加速度a为纵坐标，画出的a-F图像如图丙所示，则小车的质量为____________kg．

13. 难度：中等

某同学用图示的实验装置探究加速度与力的关系。他在气垫导轨旁安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可直接测出绳中拉力大小，传感器下方悬挂钩码。改变钩码数量，每次都从A处由静止释放滑块。已知滑块（含遮光条）总质量为M，导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为L。请回答下面相关问题。

(1)如图，实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为___  。某次实验中，由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为t，由力传感器记录对应的细线拉力大小为F，则滑块运动的加速度大小应表示为____（用题干已知物理量和测得物理量字母表示）。

(2)下列实验要求中不必要的是（_________）

A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量

B．应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些

C．应将气垫导轨调节至水平

D．应使细线与气垫导轨平行

14. 难度：中等

某同学利用如图所示装置进行“验证牛顿第二定律”的实验，图中A为带有砝码的小车（车上装有挡光窄片），B为光电门，C为一端带有滑轮的长木板（长木板上附有刻度尺），D为装有沙的沙桶，沙桶通过细线绕过滑轮连接在小车上，重力加速度为g，试解答下列问题：

（1）为了能完成该实验，还需要的实验器材是_____________________．

（2）小车在细线拉力的作用下，从长木板左端某位置由静止开始做 匀加速直线运动，通过长木板上的刻度尺可以读出小车上挡光窄 片到光电门的距离s，通过光电门读出窄片经过光电门的挡光时间为△t，已知窄片的宽度为d，则小车经过光电门时速度为_______；小车在此过程中的加速度为_______（用题中给出的字母表示）．

（3）该同学在实验过程中测出小车A及车上砝码与窄片的总质量为M，沙及沙桶的总质量为m，他用沙及沙桶的重力mg作为细线的拉力F，即F=mg，在上述实验过程中测出小车运动的加速度为a，在实验过程中，他还注意平衡小车在运动过程中所受的摩擦阻力，所有操作均正确，他通过多次实验、测量、计算和分析后发现小车运动的加速度a总是略小于细线拉力F与小车总质量的比值，即a＜，你认为这种误差属于______________（填“偶然误差”或“系统误差”）．

15. 难度：中等

在研究“加速度与力的关系”实验中，某同学根据学过的理论设计了如下装置（如图甲）：水平桌面上放置了气垫导轨，装有挡光片的滑块放在气垫导轨的某处（档光片左端与滑块左端齐平）。实验中测出了滑块释放点到光电门（固定）的距离为s，挡光片经过光电门的速度为v，钩码的质量为m，（重力加速度为g，摩擦可忽略）

（1）本实验中钩码的质量要满足的条件是__；

（2）该同学作出了v²—m的关系图象（如图乙），发现是一条过原点的直线，间接验证了“加速度与力的关系”，依据图象，每次小车的释放点有无改变__ （选填“有”或“无”），从该图象还可以求得的物理量是__。