高中物理探究加速度与力的关系实验题专题训练含答案

姓名：__________ 班级：__________考号：__________

一、实验,探究题（共10题）

1、 “探究加速度与力关系”的实验装置如图甲所示，实验中通过传感器将绳中拉力大小的信息以无线方式传输给数据采集系统，用打点计时器打出的纸带求出小车运动的加速度：

（1）下列实验要求中正确的是________；

A．细线不需要与木板平行

B．可以不平衡摩擦力

C．砝码和托盘总质量不需要远小于小车的质量

D．需要测量砝码和托盘的总质量

（2）实验中得到一条打点的纸带如图乙所示，取A到G共7个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得AD间距离为x1、AG间距离为x2，则打点计时器打下D点时小车的速度大小为________，小车加速度大小为________；

（3）实验中保持小车质量不变，改变砝码的质量，测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a，作出a—F图像。下列图像中正确的是________。

A．    B．    

C．  D．

2、 利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示．

(1)下列关于该实验的说法，错误的是________．

A．做实验之前必须平衡摩擦力

B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多

C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行

D．为了实验安全，打点计时器接直流电源

(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图所示．已知打点计时器每间隔0.02 s打一个点．

从图可知A、B两点间的距离s1＝________cm；该小车的加速度a＝________m/s2(计算结果保留2位有效数字)，实验中纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连接．

(3)利用测得数据在坐标系中作出了图乙所示的a－F图象．

①图线不过坐标原点的原因是______________________________________________________________．

②小车和传感器的总质量为________kg.

3、 甲、乙两同学用如图甲实验所示的装置测滑块与长木板之间的动摩擦因数，在一端装有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与光电门相连的计时器能显示滑块上的遮光片通过光电门时遮光的时间，滑块通过绕过定滑轮的轻质细绳与测力计挂钩相连，测力计下吊着装有沙的沙桶，测力计能显示挂钩所受的拉力，滑块对长木板的压力大小等于滑块的重力大小，已知当地的重力加速度为g．

（1）为了满足实验的要求，下列说法正确的是___________．

A．长木板应放在水平桌面上

B．长木板没有定滑轮的一端应适当垫高，以平衡摩擦力

C．沙和沙桶及测力计的总质量应远小于滑块的质量

D．定滑轮与滑块之间的细绳应与长木板平行

（2）实验前用20分度的游标卡尺测出遮光片的宽度，如图所示，其示数d=___________cm．

（3）甲同学测出两光电门之间的距离为L，将滑块从图示位置由静止释放，测得滑块通过甲、乙两光电门的时间分别为t1、t2，记录测力计的示数F，则滑块运动的加速度大小a=_________（用字母表示）．

（4）多次改变沙桶里沙的质量，重复（3）的步骤，根据测得的多组F和a作出图像如图丙所示，由图像可知，滑块的质量为_______________，滑块与长木板间的动摩擦因数为________．

4、 如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．

（1）下列说法正确的是______．

A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力

B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源

C．本实验m2应远小于m1

D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象

（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中______ （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．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．钩码的总质量太大

D．所用小车的质量太大

（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的﹣a图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=_____．

5、 某探究学习小组的同学欲以如图2装置中的沿块为对象验证“牛顿第二定律”，装置由弹簧测力计、气垫导轨、两个光电门、滑块和祛码盘(含珐码)等组成.光电门可以测出滑块的遮光条依次分别通过两个光电门的时间∆t1、∆t2，游标卡尺测出遮光条的宽度d，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离L，另用天平测出滑块、祛码盘(含硅码)的质最分别为M和m.不计滑轮的重量和摩擦.

(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图1所示.其读数为_____cm.

(2)实验操作中.下列说法不正确的是________

A．该装置可以不平衡摩擦力.只需要将气垫导轨调节水平

B．为减小误差.实验中一定要保证质量m远小于质量M

C．实验时，多次在同一条件下重复实验取遮光条通过两光电门时间的平均值减小偶然误差

D．如果气垫导轨水平则轻推滑块匀速滑动时.通过两个光电门的时间∆t1和∆t2必相等

(3)该装置中弹簧测力计的读数F,需要验证的表达式为F=______.

(4)对质量保持不变的过程，根据实验数据绘出滑块的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图象，图3中最符合本实验实际情况的是______

6、 如图甲所示某同学设计了用光电门传感器“探究小车的加速度与小车所受拉力及质量关系”的实验．

(1)如图甲所示，在小车上固定宽度为L的挡光片，将两个光电门传感器固定在相距为d的轨道上，释放小车，传感器记录下小车经过光电门的时间t1、t2，可以测得小车的加速度a＝______(用题中的符号L、d，t1、t2表示)．

(2)在该实验中必须采用______法(填物理方法)，应保持_____不变，通过改变钩码的个数来改变小车所受的拉力大小，研究加速度a随拉力F变化的规律．

(3)甲同学由于实验时没有注意始终满足M≫m的条件(m为钩码的质量)，结果得到的图象应是下图中的_____．

A．  B．  C．  D．

(4)乙、丙两名同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线如图乙所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同______________

7、 如图甲(侧视图只画了一个小车)所示的实验装置可以验证“牛顿第二定律”，两个相同的小车放在光滑水平桌面上，右端各系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个小盘增减盘中的砝码可改变小车受到的合外力，增减车上的砝码可改变小车的质量。两车左端各系一条细线用一个黑板擦把两细线同时按在固定、粗糙的水平垫片上，使小车静止(如图乙)，抬起黑板擦两车同时运动，在两车尚未碰到滑轮前，迅速按下黑板擦，两车立刻停止，测出两车位移的大小。

（1）该实验中，盘和盘中砝码的总质量应___小车的总质量(填“远大于”、“远小于”、“等于”)；

（2）图丙为某同学在验证“合外力不变加速度与质量成反比”时的实验记录，已测得小车1的总质量M1=100g，小车2的总质量M2=200g，由图可读出小车1的位移x1=5.00m小车2的位移x2=___cm，可以算出=___(结果保留三位有效数字)；在实验误差允许的范围内，___(填“大于”、“小于”、“等于”)。

8、 如图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下，物体加速度与质量的关系的实验装置．实验步骤如下：

①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平；

②用游标卡尺测出挡光条的宽度为；

③由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离为s；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动后释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M；

⑦改变滑块的质量重复步骤④⑤⑥进行多次实验．据上述实验完成下列问题：

⑴关于实验操作，下列说法正确的是_______；

A．应先接通光电门后释放滑块

B．调节气垫导轨水平时，应挂上砝码

C．应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行

D．每次都应将滑块从同一位置静止释放

⑵用测量物理量的字母表示滑块加速度a＝_______

⑶由图乙画出-M的图线(实线)，可得到砝码和砝码盘的总重力G＝_______N

⑷在探究滑块加速度a和质量M间的关系时，根据实验数据画出如图乙所示的-M图线，发现图线与理论值(虚线)有一定的差距，可能原因是___________________________

9、 在“探究物体质量一定时加速度与力的关系”实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了用力传感器来测细线中的拉力． 

(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是________．

A．必须用天平测出砂和砂桶的质量

B．一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量

C．应当先释放小车，再接通电源

D．需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带

E.实验中需要将小车轨道适当倾斜以平衡摩擦力

F.实验中小车应从靠近打点计时器位置静止释放

(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，打下B点时，小车运动的速率是_____m/s．小车运动的加速度大小是______m/s2.（计算结果保留三位有效数字）

(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示．则小车与轨道的滑动摩擦力Ff=____N.

10、 某同学采用如图（a）所示的装置验证牛顿第二定律他将器材安装好，平衡摩擦力后，保持小车（含车上砝码）总质量M不变，通过改变砝码盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力F。

(1)若要完成实验，需要增加的测量工具是_____。

A．天平和秒表      B．天平和刻度尺

C．秒表和刻度尺      D．刻度尺和圆规

(2)某次实验，打出的纸带如图（b）所示（每两个计数点间还有4个点没有标出）。已知小车（含车上砝码）总质量M=250g，打点计时器的频率为50Hz，则靠近纸带_____点（选填“A”或“D”）的一端与小车连接，该次实验小车（含车上砝码）受到的合力F=_____N，砝码盘和盘中砝码的总质量m=_____g（重力加速度取9.9m/s2，结果均保留3位有效数字）

============参============

一、实验,探究题

1、 C      C    

【详解】

（1）A．安装实验器材时，细线必须要与木板平行，这样合力方向才沿着小车运动的方向，A错误；

B．实验中必须平衡摩擦力，重力的分力与摩擦力相互抵消，绳子对小车的拉力就是小车受到的合力，B错误；

C．由于有力传感器，可直接测得拉力的大小，就不需要满足砝码和托盘总质量远小于小车的质量，C正确；

D．由于有力传感器，可直接测得拉力的大小，所以也不需要测量砝码和托盘的总质量，D错误。

故选C。

（2）根据匀变速直线运动的推论，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可得

 根据推论，则小车加速度大小为

（3）保持小车质量不变，改变砝码的质量，则最终小车的加速度与合力成正比例关系，所以C正确，ABD错误。

故选C。

2、 (1)BD；  (2)0.70，    0.20，    左；    (3)①未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；    ②0.5    

【解析】

(1) 做实验之前必须平衡摩擦力，使得细线的拉力等于小车受到的合外力，选项A正确；由于实验中用到了力传感器，所以没有必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项B错误；应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，选项C正确；打点计时器必须用交流电源，选项D错误．此题选项错误的选项，故选BD.

(2)由图知s1＝7.0 mm＝0.70 cm，根据Δx＝aT2可得a＝＝m/s2＝0.20 m/s2，开始时打点间距小，因此纸带的左端与小车相连接．

(3)①由图象可知，当F≠0时，加速度仍然为零，说明没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不足；②a－F图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知，故小车和传感器的总质量M＝＝0.5 kg.

点睛：本题考查“加速度与合外力的关系”实验，要明确实验的原理和实验的注意事项．尤其是知道平衡摩擦力的原因、如何平衡、平衡不到位会如何等问题；掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解速度和加速度．

3、 AD    0.230       

【详解】

（1）根据遮光片通过光电门的时间求得遮光片通过光电门的瞬时速度，根据速度位移公式求得加速度，根据牛顿第二定律求得摩擦因数和物块的质量，其中绳子的拉力即为物体的水平拉力，则木板需要水平放在桌面上，并且定滑轮与滑块之间的细绳应与长木板平行，拉力是根据测力计读出来的，无需测量沙和沙桶的质量．故AD正确，BC错误．

（2）20分度的游标卡尺精度为0.05mm；固定刻度读数为0.2cm，游标读数为0.05×6mm=0.30mm=0.030cm，所以最终读数为：0.2cm+0.030cm=0.230cm

（3）通过甲乙遮光板的速度分别为、，据速度位移公式可知，联立解得：．

（4）根据牛顿第二定律可得：，解得：，对比图象可得：、；解得：、．

4、 D    丙    C     

【详解】

（1）A、平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有：

f=mgsinθ=μmgcosθ

m约掉了，每次在小车上加减砝码时，故不需要重新平衡摩擦力;故A错误.

B、实验时应先接通电源后释放小车，故B错误.

C、让小车的质量m1远远大于小盘和重物的质量m2，因为：际上绳子的拉力

故应该是m1＜＜m2，故C错误；

D、由牛顿第二定律F=ma，所以，所以在用图象探究小车的加速度与质量的关系时，通常作图象，故D正确；

（2）遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，故可能作出图2中丙.此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C．

（3）根据牛顿第二定律可知

变形

结合图象可得：斜率，截距，

所以小车与木板间的动摩擦因数为

5、 1.130    B     A    

【详解】

第一空.游标卡尺的读数由主尺与游标尺的示数之和，所以；

第二空.考察实验过程的操作细节问题：

A.气垫导轨由于阻力几乎为零，所以不必平衡阻力，故选项A正确；

B.弹簧秤与细绳串联的，所以拉力直接可以测量，不必满足钩码的质量远小于小车的质量；

C.实验时，多次在同一条件下重复实验取遮光条通过两光电门时间的平均值减小偶然误差，此做法合理，所以选项C正确；

D.如果气垫导轨水平则轻推滑块匀速滑动时．通过两个光电门的时间△t1和△t2必相等，选项D正确.本问选择错误的故填B.

第三空.对滑块根据牛顿第二定律和运动学公式有：滑块通过光电门的速度，，又，从而求得加速度，对滑块有：2F=Ma，所以.

第四空.对质量保持不变的过程，由牛顿第二定律，加速度应与作用力成正比，所以a-F图象是一条过原点的直线，根据实验数据绘出滑块的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图象是图A.

6、     控制变量    小车质量    D    小车的质量不同    

【解析】

(1)数字计时器记录通过光电门的时间，

小车经过光电门时的瞬间速度为 与 ；

根据匀变速直线运动的速度位移公式 ，

解得：．

(2)在本实验操作中，采用了“控制变量法”，即先保持一个变量不变，看另外两个变量之间的关系，具体操作是：先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者间的关系；

(3)随着 增大，小车质量在减小，因此小车质量不再满足远大于钩码的质量，若小车质量远小于钩码质量时，小车的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，故A、B、C错误，D正确；

(4)由图可知在拉力相同的情况下，根据，即图象的斜率等于小车的质量，所以两人的实验中小车的质量不同．

7、 远小于    2.42～ 2.47    2.02～ 2.07    等于    

【详解】

(1) 因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg，所以不需要满足悬挂的沙桶总质量一定要远远小于小车（包括盛沙的盒及盒内的砂）的总质量；

(2)由图可知，小车2的位移为2.43m，由匀加速直线运的位移公式可知，，即由于时间相等，所以，由牛顿第二定律可知： ，所以两小车的加速度之比等于质量的反比．

8、 AC     2.5N(2.3～2.7N均可)    没有选取滑块和砝码一起作为研究对象（或M没有加上砝码和砝码盘的质量）    

【详解】

⑴先接通光电门后释放滑块，以确保滑块经过光电门时，光电门能正常工作，故选项A正确；挂上砝码后，滑块受拉力作用，因此在调节气垫导轨时应不挂砝码，故选项B错误；调节定滑轮使细线和气垫导轨平行目的是使得滑块所受拉力与运动方向相同，故选项C正确；由于两光电门记录的是滑块通过它们的时间，不需每次经过时速度相等，因此无需从同一位置静止释放，故选项D错误．

⑵根据匀变速直线运动规律有：2as＝－＝－，解得：

a＝

⑶在-M图象中，图线的斜率表示了滑块所受作用力的倒数，即为，因此有：G＝＝2.5N(2.3～2.7N均可)

⑷图象出现了纵截距，原因是没有选取滑块和砝码一起作为研究对象（或M没有加上砝码和砝码盘的质量）

9、 DEF    0.721    2.40    1.0    

【详解】

(1)AB．对小车的拉力是通过力传感器得到的，故无需测量沙和沙桶的质量，也不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，故AB错误；

C．使用打点计时器，应先接通电源，在释放小车，故C错误；

D．探究物体质量一定时加速度与力的关系，要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确；

E．由于实验要求研究小车的合外力与加速度的关系，需要排除与轨道的滑动摩擦力的影响，所以实验中需要将长木板倾斜，以平衡摩擦力，故E正确；

F．在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，故F正确； 

(2)相邻两计数点之间还有四个点未画出，相邻两计数点间的时间间隔为，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，打下点时，小车运动的速率是：

根据可得：

(3)根据牛顿第二定律可知：

解得：

10、 B    A    0.225N    25    

【详解】

(1)需要天平测量小车和砝码盘加砝码的质量；需要刻度尺测纸带上计数点间的距离，故选B。

(2)小车开始时靠近打点计时器，小车从静止开始做加速运动，与小车连接的一端的点迹比较密集，故A端与小车相连。

根据逐差法可求出小车的加速度

对小车，根据牛顿第二定律可求出合外力

对砝码盘和盘中砝码整体进行受力分析，并根据牛顿第二定律得

整理并带入数据得