4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 一、单选题 1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中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．建立模型法 2．实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成右图所示实 验装置可以完成多个力学实验，利用该装置进行如下实验时，以下说法正确的是（ 　） A．在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响 B．在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量 C．在“探究加速度 a 与小车质量 M 关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩 擦力 D．在“探究加速度 a 与力 F 关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线水平 3．如图所示小车打点计时器一电池是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与 力、质量的关系”实验时，正要打开夹子时的情况，某同学指出了实验时的几个错误， 其说法不正确的是（　　） A．实验前没有平衡摩擦力 B．拉小车的细线应平行于水平桌面 C．实验电源应为交流电源 D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较近 4．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 m1 g 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– 1 m 图象，是为了便于根据图线直观地作出判断 5．如图（a）为“用 DIS 研究加速度和力的关系”的实验装置。某实验小组改变所挂钩码 的数量，多次重复测量，绘出如图（b）所示的图像。引起误差的主要原因是（　　） A．小车与轨道之间存在摩擦 B．先点击“记录数据”，后释放小车 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 6．某同学采用如图 1 所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系 . 用砂桶和砂的 重力充当小车所受合力 F；通过分析打点计时器打出的纸带，测量加速度 a. 分别以合 力 F 和加速度 a 作为横轴和纵轴，建立坐标系 . 根据实验中得到的数据描出如图 2 所示 的点迹，结果跟教材中的结论不完全一致 . 该同学列举产生这种结果的可能原因如下（ ）  1  2 在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高； 没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将木板右端垫得过低；  3  4 测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大； 砂桶和砂的质量过大，不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件． 通过进一步分析，你认为比较合理的原因可能是（ ） A．  1 和  4  B．  2 和  3 C．  1 和  3 D．  2 和  4 7．图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个相 同的小车，放在比较光滑的水平板上（摩擦力很小，可以略去），前端各系一条细绳， 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车后端各系一条细线， 细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时 停止。用刻度尺测出两小车通过的位移，则位移之比就等于它们的加速度之比。为了 探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法中正确的是（ ） A．使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量 B．若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响 C．位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比 D．可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验 8．某同学研究“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受力的关系”的实验， 根据数据画出 a﹣F 图象如图所示，该同学在实验中出现的问题可能是（　　） A．摩擦力没有平衡 B．长木板的倾斜角过大 C．小车的质量发生了变化 D．绳子拉力方向没有与长木板平行 9．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 为小车的质量，m 为钩码的质量，为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力， 关于实验操作需要进行的是（　　） A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 C．所挂钩码的质量尽量大一些 D．所挂钩码的质量尽量小一些 二、多选题 10．在“验证牛顿运动定律”的实验中，保持小车的质量不变，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在坐标纸上画出 a-F 关系的点迹，如 下图所示。经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生这些问题的主要原因可能是 （　　） A．轨道与水平方向夹角太小，或没有平衡摩擦力 B．轨道与水平方向夹角太大 C．所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 D．所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 11．在“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”实验中，某组同学用如图所示装置， 将木板一端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力调节木板的倾斜度，使 小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。他们采用控制变量的方法，来研究小 车受的拉力不变的情况下，小车的加速度与小车质量的关系。下列措施中不需要和不 正确的是（　　）（选填字母代号）。 A．每次改变小车的质量后，都需要重新调节木板的倾斜度 B．实验中通过增减小车中的重物来改变小车的质量 C．每次小车都必须从同一位置开始运动 D．实验中应先接通打点计时器的电源，然后再释放小车 三、非选择题 12．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 为砂和砂桶的总质量，滑轮由铁丝固定在车上，质 量为 m0=0.1 kg。力传感器可测出轻绳上的拉力 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___________。（填写选项前的字母） A．用天平测出砂和砂桶的总质量 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总质量 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 50 Hz 的交流电，根据纸带可求出打点计时器打下标 号为 2 的点时小车的速度为___________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 aF 图像，该同学做实验时存在的问题是___ ________。 13．在研究作用力 F 一定时，小车的加速度 a 与小车（含砝码）质量 M 的关系时，某 同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和所挂槽码的质量 B．按图装好实验器材 C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码 D．将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在 纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量 E．保持所挂槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的 M 值， 重复上述实验 F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值 G．作 aM 关系图像，并由图像确定 a 与 M 的关系 （1）该同学漏掉的重要实验步骤是___________，该步骤应排在步骤___________之后。 （2）在上述步骤中，有错误的是步骤___________，应把___________改为__________ _。 （3）在上述步骤中，处理不恰当的是步骤___________，应把___________改为______ _____。 （4）仔细观察该同学安装的实验装置图，请改正以下三个实验器材的位置错误。 ① 电磁打点计时器的位置___________； ② 小车位置___________； ③ 滑轮位置___________。 14．“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．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 B．实验时应先释放小车后接通电源 C．本实验槽码 B 的质量应远大于小车 A 的质量 D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作 a 1 mA 图像 （2）某同学在实验中，打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点， 相邻两计数点间还有 4 个计时点没有标出，其中 s1=7.06 cm、s2=7.68 cm、s3=8.30 cm、s4=8.92 cm，已知交流电的频率为 50 Hz，则纸带运动加速度的大小是__________ _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___________。但他把长木板的右端垫 得过高，使得倾角过大。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 关系图像是___________。 A． B． C． D． 15．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）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，作出的图像 如乙图中图线 1 所示，发现图像不过原点，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 aF′图像如乙 图中图线 2 所示，则图像不过原点的原因是_____________________________________ ________， 对于图像上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是____________； （2）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 和传感器测得的力 F′为横轴作图像，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方 案。（______） 参考答案 1．C 【详解】 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是控制变量法。 故选 C。 2．C 【详解】 A．在“研究匀变速直线运动”时，只要保证小车做匀变速直线运动即可，所以不需要消除摩 擦阻力的影响。A 错误； B．在“研究匀变速直线运动”时，不需要测量小车受到的拉力，所以不必满足砂和砂桶总质 量远小于小车的质量。B 错误； C．在“探究加速度 a 与小车质量 M 关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力， 因为利用的是小车自身的重力分力平衡摩