2 实验：探究加速度与力、质量的关系知识点题库

某实验小组的同学在用打点计时器探究小车的加速度a与小车的质量M之间的关系实验中，不改变拉力F_T（即小车悬挂线所吊砂桶与砂的重力mg一定），只改变小车的质量M，某次实验得到了一条纸带，如图所示，打点计时器接的是50Hz的低压交流电源，图中各点为计数点，两个计数点间还有4个点标出的计数点，测量长度的单位为cm．

（1）请由纸带上测量记录的数据，求出C点的瞬时速度v_c=m/s，加速度a=m/s²（结果保留保留两位有效数字）．
（2）该实验正式开始前，要先，且只有当小车质量M与小车悬挂线通过定滑轮所吊砂桶及砂的总质量m大小满足时，方可认为细线对小车的拉力F_T的大小等于悬挂线所吊砂桶与砂的重力mg．

某同学通过如图1所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验．

（1）本实验所采用的科学方法是：．

A . 理想实验法 B . 等效替代法 C . 控制变量法 D . 建立物理模型法
（2）为了减小误差，钩码的质量m应小车的质量M（填“远大于”、“远小于”或“等于”）；每次改变小车质量（或钩码质量）时，（填“需要”或“不需要”）重新平衡摩擦力．
（3）在保持小车的质量M一定时，探究加速度与所受合力的关系时，由于操作不当，该同学得到的a﹣F关系如图2所示，则其原因可能是．
（4）图3为某次实验得到的纸带，打点计时器的频率为50Hz，纸带上相邻计数点间有4个点未画出，则小车的加速度大小为 m/s² ．

某物理课外小组利用如图甲所示的装置完成探究小车的加速度与其所受合外力F之间的关系实验

（1）请补充完整下列实验步骤的相关内容，
①用天平测量砝码盘的质量m₀；用游标卡尺测量光板的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，则其读数为cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之同的距离s；

②在砝码盘中放入适量的砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等；

③取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；

④让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt_A和Δt_B；

⑤步骤④中，小车从光电门A下滑至光电门B的过程中所受合外力为，小车的加速度为：（用上述步中的物理量表示，重力加速度为g）

⑥重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量和长本板的倾角，重复②～⑤步骤
（2）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是_____

A . 尽量减小两光电门间的距离s B . 尽量增大遮光片的宽度d C . 调整滑轮，使细线与长木板平行 D . 砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量

某实验小组采用如图所示的装置“探究加速度、质量和合力的关系”。提供的实验器材：电火花打点计时器、纸带、砂桶、细砂、细线、小车及砝码、一端带滑轮的长木板及垫块。某同学打出了一条纸带。已知计时器打点的时间间隔为0.02s，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了A、B、C、D、E等几个计数点。

（1）为完成此实验，下列不需要的器材是______（填下列仪器前的字母代号）。

A . 天平 B . 秒表 C . 毫米刻度尺
（2）实验时，为了使小车所受的合力大小等于砂和砂桶的总重力，为此，一方面要消除摩擦力的影响；另一方面还应使砂和砂桶的质量小车和砝码的总质量（填“远小于”或“远大于”）。
（3）已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，打C点时的瞬时速度v_c=m/s，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=m/s² ．（结果保留两位有效数字）
（4）甲同学在探究加速度与力的关系时，根据测量数据作出的a一F图线，如图（a）所示。则实验存在的问题是。
（5）乙、丙两同学用同一装置探究加速度与力的关系时，画出了各自得到的a-F图线，如图（b）所示。则是两同学做实验时取值不同造成的。
（6）随着F的增大，a-F图线最后会略微向弯曲（填上或下）。

（1）如图1所示是《物理必修1》中探究加速度与力质量的关系"的参考案例，图2是实验室常见的器材，则该案例需要用到的器材是(填图2中器材的字母代号):
（2）下列关于(1)中案例的说法正确的是______________

A . 该案例可以计算出加速度的具体数值: . B . 实验时不需要平衡摩擦力: C . 连接小盘与小车的细绳应与木板平行: D . 用刻度尺测出两个小车的位移，位移之比就是它们的加速度之比。
（3）甲同学采用图3的方案做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，在一次实验中得到加速度a=5.01m/s² ，甲同学确认自己的操作正确，请根据现有的知识分析，甲同学的结论是否合理 (填“合理”、“不合理”或“无法确定”)。

在利用如图所示装置“探究加速度与力、质量关系”实验中：
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（1）某小组的几位同学在讨论制定实验方案时分别提出以下几点意见，你认为不正确的是_______

A . 实验中一定要测出加速度的具体数值 B . 实验中也可不测加速度的具体数值，只要测出不同情况下加速度的比值就行了 C . 若要验证“加速度与力的平方成正比”这一猜想，在作图线时最好以F2为横坐标 D . 不管是在探究加速度与力的关系时还是在探究加速度与质量关系时，所要测量的物理量都是3个
（2）实验装置如图所示，实验中使小车M做匀加速运动的力与小盘和砝码总质量m重力近似相等的条件是。
（3）在探究加速度与力的关系时，要保持不变。
（4）保持小车质量不变，改变砝码盘及砝码质量，该组同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图所示。该图线不通过原点，其主要原因是。

如图所示是某同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是( )

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A . 形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 B . 形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 C . 形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 D . 形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

某同学利用图甲所示的装置探究物体质量一定时，加速度与合外力的关系。在水平轨道上的滑块上方固定一遮光条，侧面固定一力传感器，在轨道右端固定一光电门，遮光条到光电门的距离L＝1m，重物用跨过光滑定滑轮的细线与力传感器相连，力传感器可直接测出细线中拉力F的大小。

实验中，保持滑块（含遮光条和力传感器）的质量不变，从A处由静止释放滑块。改变重物的质量，重复上述步骤，可得到滑块通过光电门时的速度v和F的多组数据，做出v²﹣F的图象如图乙所示。

（1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图丙所示，其读数为mm；
（2）滑块运动过程中，细线中拉力的大小（选填“大于”“小于”或“等于”）重物重力的大小；
（3）实验中做出的v²﹣F图象为一条直线，（选填“能”或“不能”）说明物体质量一定时，加速度与合外力成正比；
（4）由图象可得滑块与轨道间的动摩擦因数为（重力加速度g＝10m/s² ，空气阻力不计）。

如图甲所示，一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，滑轮刚好伸出桌面，带有凹槽的小车放在长木板上，小车通过细绳绕过定滑轮和钩码相连，钩码的个数可以改变，小车后面连有纸带，纸带穿过打点计时器。不计滑轮摩擦及空气阻力，重力加速度 $\text{[math]}$ ，某同学利用该装置探究小车加速度与力的关系。

（1）为达到本次实验目的，需要平衡摩擦力吗？（填“需要”或“不需要”）。
（2）测出小车的质量为 $\text{[math]}$ ，若用钩码的重力当成细绳的拉力，已知钩码的规格有两种可选： $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，为尽可能减少实验误差，该同学应该选取（选填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）规格的砝码更好。
（3）正确调整装置并选取合适砝码后，打开电源释放小车，打出一条纸带如图乙，打点计时器使用的是 $\text{[math]}$ 交流电，纸带上相邻两个计数点间还有4个计时点未画出，则小车的加速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。（结果保留三位有效数字）
（4）如果钩码规格只有 $\text{[math]}$ ，该同学认为：如果仍然研究小车的加速度和外力的关系，上述实验结果存在较大误差，为此他进行了如下改进：首先在右边悬挂5个钩码，接通电源释放小车，得到一条纸带；第二次他取下右边一个钩码放在小车凹槽内，接通电源，得到第二条纸带……重复上述步骤，直至得到第四条纸带。分别计算出各纸带的加速度 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。用 $\text{[math]}$ 作纵坐标，用对应的右边悬挂的钩码个数 $\text{[math]}$ 为横坐标，得到的图象如图所示，如果数据无误差，加速度和力的关系符合牛顿定律，测该直线图象的斜率的大小为。（结果保留三位有效数字）

如图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= 48.00 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。

实验主要步骤如下：

①按图装配好装置。

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②将拉力传感器固定在小车上

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。

次数	F	v_B²-v_A²	a(m/s²)
1	0.60	0.77	0.80
2	1.04	1.61	1.68
3	1.42	2.34
4	2.62	4.65	4.84
6	3.00	5.49	5.72

（1）表中记录了实验测得的几组数据， $\text{[math]}$ 是两个速度传感器记录速率的平方差，则表格中缺少的中第3次记录的数据加速度a应为m/s²（结果保留三位有效数字）；
（2）依据表中数据，在坐标纸上作出a～F关系图线；
（3）比较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。

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。

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（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。

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．

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（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﹣ $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ ﹣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=．

某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系”的实验，图（a）为实验装置简图（交流电的频率为50Hz）。

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（1）在使用打点计时器时_____

A . 应先接通电源，再释放小车 B . 应先释放小车，再接通电源 C . 该打点计时器应接220V直流电 D . 该打点计时器应接8V交流电
（2）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s^2.；B点速度v_B=m/s（均保留三位有效数字）。
（3）实验中该同学保持小车质量不变，多次改变砂桶内砂的质量（始终远小于小车质量）进行实验，得到若干数据，但是忘了补偿阻力，请你在图（c）中大致作出这种情形下a随F的变化图线。

如图所示为“探究磁场对通电导线的作用”的实验装置，其线框下端与磁场方向垂直。请根据下面的实验操作按要求填空。

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⑴在接通电路前先观察并记录弹簧测力计的读数F₀。

⑵接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I₁ ，观察并记录弹簧测力计此时的读数F₁（F₁>F₀），则线框受到磁场的安培力F_安=。

⑶在探究安培力与电流的对应关系时，保持磁场及线框不变，只调节滑动变阻器，记录电流表的读数为I₂ ， I₃ ， …，弹簧测力计的读数为F₂ ， F₃ ， …，并分别计算出F₂-F₀ ， F₃-F₀ ， …。通过实验可发现，磁场对通电导线作用力的大小与电流大小成正比，实验中所采用的实验方法是（选填“控制变量法”、“等效替代法”或“理想模型法”）。

物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：

（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为mm。
（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度v_C = m/s（结果保留小数点后两位）。
（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。

某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与物体受力之间的关系。

（1）实验过程中，打点计时器应接在（填“直流”或“交流”）电源上，平衡摩擦力后，在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端，调整定滑轮，使细绳；
（2）图乙为某次实验中得到的一条纸带，相邻两计数点间的时间间隔T=0.10s，根据实验数据，打点计时器打出B点时小车的速度大小为m/s，小车的加速度大小为m/s²（结果均保留3位有效数字）；
（3）某同学在实验过程中未平衡摩擦力，得到图丙所示的加速度与合外力关系图像。设图中直线的斜率为k，横截距为b。若牛顿第二定律成立，则小车运动过程中受到的阻力大小为（用题中物理量符号表示）。

“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如下图甲所示。

（1）打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为 $\text{[math]}$ ，常用的电磁式打点计时器和电火花计时器，使用的都是（填“直流电”或“交流电”）；
（2）下列说法正确的是______；

A . 每次小车必须从靠近打点计时器的同一位置释放 B . 补偿阻力时，将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码及槽码盘的牵引下恰好做匀速运动 C . 通过增减小车上的槽码改变质量时，不需要重新平衡摩擦力 D . 实验时槽码及槽码盘的总质量应远小于小车的质量
（3）在补偿阻力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，计时器打点的时间间隔为 $\text{[math]}$ ，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。打下计数点2时小车的速度v= $\text{[math]}$ ，该小车的加速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。（结果保留两位有效数字）

某实验小组设计了如图（a）所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像，图中力传感器可直接显示绳中拉力大小，他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图（b）所示．

（1）图线是在轨道左侧抬高，成为斜面情况下得到的（选填“1”或“2”）；要想使得该图线过原点应轨道的倾角（填“增大”或“减小”）
（2）滑块和位移传感器发射部分的总质m =kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ=．（g=10m/s²）
（3）实验中是否要满足，滑块和位移传感器发射部分的总质量远远大于重物质量的条件?．

如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置，该同学在气垫导轨上安装了一个光电门B．滑块固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬柱钩码，每次滑块都从A位置由静止开始释放。

（1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。
（2）实验时，将滑块从A位置由静止开始释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，则还需要测量的物理量是。
（3）下列符合实验要求是__________。（填写选项前的字母）

A . 应使滑块的质量远大于钩码和力传感器的总质量 B . 应使A位置与光电门B间的距离适当增大些 C . 应调节气垫导轨水平 D . 应使细线与气垫导轨平面平行
（4）改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点法作出线性图象。研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时，应作出（选填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）图象。

某同学用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验，准确操作打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02s，他按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D等几个计数点，用刻度尺量得OA=1.50cm，AB=1.90cm，BC=2.30cm，CD=2.70cm.

利用以上数据计算出小车的加速度为m/s²。

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