北京市各地区2022-2023学年高一上学期期末物理试题知识点分类汇编-08探究加速度与力、质量关系的实验
一、实验题
1．（2023秋·北京昌平·高一统考期末）某同学利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。保持小车所受的拉力不变，改变小车质量，该同学分别测得不同质量时小车加速度，并作出图像，如图乙所示。根据图像 （选填“能”或“不能”）直接得出加速度与质量成反比；如何验证与是否成反比？
2．（2023秋·北京通州·高一统考期末）用如图所示实验装置做“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验。
（1）下面列出了一些实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、带滑轮的长木板、垫木、小车和砝码、槽码。除以上器材外，还需要的实验器材是 （选填选项前字母）。
A．秒表 B．天平（附砝码） C．刻度尺
（2）实验中需要计算小车的加速度。如图所示，A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻两计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，B、C间的距离为x2，则小车的加速度a= 。
（3）某同学探究得出“保持物体所受合力不变，其加速度与质量成反比”结论，做出如图所示的图像。由图像可知，小车受到的合力的大小是 N（保留到小数点后1位）。
（4）该同学在探究过程中先用垫木将长木板的一端垫高，以平衡小车受到的摩擦力，再进行探究实验。“平衡摩擦力”的目的是 。
3．（2023秋·北京密云·高一统考期末）某同学在探究小车加速度与质量以及所受合外力的关系时，设计并采用了如图1所示的方案。该方案中打点计时器工作时使用 （选填“直流”或“交流”）电源；小桶及桶内砝码的总质量 （选填“需要”或“不需要”）远小于小车的总质量。用此装置研究加速度与拉力的关系时，需要保持小车 （选填“质量”或“所受作用力”）不变。
某同学进行实验操作，并根据实际数据得到图2中的直线，请分析说明原因
4．（2023秋·北京海淀·高一统考期末）实验小组的同学用图所示的实验装置研究一些物理规律。部分实验步骤如下∶
a．安装好实验器材。接通电源，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。
b．选出一条点速清晰的纸带，找一个合适的点O当作计时起点。相邻两计数点间有四个点未画出，选取计数点如图中A、B、C、D、E、F所示；
c．测出O点到A、B、C、D、E、F各点的距离。
（1）在选用仪器和器材时，若用该实验装置“研究小车速度随时间变化的规律”，则要用到的有 ；若用该实验装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。则还需要用到 。（填选项前的字母）
A．电压合适的50Hz交流电源
B．电压可调的直流电源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平（含砝码）
（2）若用该实验装置“研究小车速度随时间变化的规律”。测出如图纸带中O点到A、B、C、D、E、F各点的距离分别为4.22cm、8.87cm、13.95cm、19.46cm、25.40cm，31.77cm。
①由测出的纸带信息可以计算出，打下C点时，小车的速度= m/s。（保留两位有效数字）
②除计数点C外，其余各点速度对应的坐标点已在如图坐标系中标出，请在该图中标出速度对应的坐标点，并作出图线 。
③通过观察图像，实验小组的同学判断小车做匀变速直线运动。他们这样判断的依据是 。
（3）若用该实验装置“探究加速度与物体受力，物体质量的关系”。
①根据如图中信息，可以计算出小车的加速度 m/s2。（保留两位有效数字）
②保持小车质量M和左侧钩码的质量不变，改变小车中放入砝码的质量，计算出小车的加速度a，为了能更直接地反映物体的加速度与物体质量的关系，应作出的图像是 。
A．a随变化的图像 B．a随变化的图像
C．a随m变化的图像 D．a随变化的图像
5．（2023秋·北京丰台·高一统考期末）某实验小组探究加速度与力、质量的关系，实验装置如图甲所示。
（1）实验中把长木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力和其他阻力。具体操作是：调节木板的倾斜度，使小车在 （选填“挂”或“不挂”）小吊盘时能拖动纸带沿木板匀速运动。
（2）电磁打点计时器每隔0.02s打一次点，图乙是某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示，则小车的加速度a= m/s2。
（3）若某同学探究“加速度与质量”的关系，保持小车所受拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。他发现小车质量m越大，加速度a越小，猜想“a与m成反比”。请你依据多组a、m的实验测量数据，利用图像法，合理建立直角坐标系，标明横、纵坐标所代表的量；并说明图像满足哪些特点就可以直观判断“在相同拉力作用下，a与m成反比” 。
6．（2023秋·北京西城·高一统考期末）利用如图所示的装置探究加速度与力的关系。
（1）下列实验操作正确的有 。
A．调整定滑轮使细线与长木板平行
B．平衡摩擦力时移去纸带
C． 让砂桶质量远大于小车的质量
D．先释放小车后接通电源
（2）实验中，需要保持小车 （选填“质量”或“所受作用力”）不变。平衡摩擦力的目的是 （选填“A．让小车所受合力等于绳子的拉力”或“B．让绳子的拉力大小等于砂和桶的重力大小”）。
7．（2023秋·北京东城·高一统考期末）某实验小组用图甲所示的实验装置完成“探究加速度与力的关系”实验，图中小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m。
（1）下列说法正确的是 。
A．先释放小车，再接通打点计时器的电源
B．砂与砂桶的质量应远小于小车的质量
C．用“阻力补偿法”平衡摩擦力时，需要悬挂空砂桶
D．实验时拉小车的细线应与长木板保持平行
（2）某次记录小车运动情况的纸带如图乙所示，0、1、2、3、4、5、6、7共8个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，各计数点与0计数点间的距离分别为、、、、、、。已知打点计时器交流电源的频率为50Hz，打下计数点4时小车的速度大小 m/s（结果保留2位有效数字）。
（3）某同学利用v-t图像求小车的加速度，他分别计算出打计数点1、2、3、5、6时对应的小车速度、、、、，已经描点在坐标纸上，将（2）中求出的的值描在坐标纸上，画出v-t图线 ，小车的加速度 （结果保留2位有效数字）。
（4）通过改变砂和砂桶的质量，多次测量并作出小车的加速度a与砂和砂桶的重力F的图像如图丁所示，图丁中的a-F图像有纵截距，出现这一情况的可能原因是 。
8．（2023秋·北京朝阳·高一统考期末）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：
（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是 （选填选项前的字母）。
A．小车质量相同，钩码质量相同 B．小车质量相同，钩码质量不同
C．小车质量不同，钩码质量相同 D．小车质量不同，钩码质量不同
（2）某同学为了定量验证（1）中得到的初步关系，利用打点计时器测量小车的加速度，某次实验得到纸带的一部分如图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。则小车运动的加速度a= m/s2（结果保留两位有效数字）。
（3）在某科技活动中，一位同学设计了一个加速度测量仪。如图3、图4所示，将一端连有摆球的细线悬于小车内O点。当小车水平运动且小球与小车保持相对静止时，根据悬绳与竖直方向的夹角θ，便可得到小车此时的加速度值。将不同角度对应的加速度标在刻度盘上，就可用此装置直接测量小车的加速度。该加速度测量仪的刻度是否均匀 ？请分析说明。
9．（2023秋·北京大兴·高一统考期末）图为“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验装置图。
（1）下面列出了一些实验器材：电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）。除以上器材外，还需要的有
A．秒表 B．刻度尺 C．交流电源 D．直流电源
（2）本实验采用的科学方法是
A．理想实验法 B．控制变量法 C．类比法
（3）实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是 （选填选项前的字母）。
A．改变小车的质量 B．把长木板右端垫高
在不挂重物且 （选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。
A．计时器打点 B．计时器不打点
（4）某同学在研究“外力一定时，加速度与质量的关系”时，保持砂和砂桶的质量不变，改变小车质量，得到小车加速度与质量的7组实验数据，如下表所示。在图所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出图像 。
次数 1 2 3 4 5 6 7
0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15
0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00
（5）在研究“加速度与力的关系”时，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比小车质量小得多。请分析说明这个要求的理由 。
参考答案：
1． 不能 作出图像，如果图像是一条过原点的直线，则说明与成反比
【详解】[1]由图乙可知，作出的图像是曲线，根据图像不能直接得出加速度与质量成反比；
[2]为了验证与是否成反比，应作出图像，如果图像是一条过原点的直线，则说明与成反比。
2． BC/CB 0.2 使小车重力沿斜面的分力等于摩擦力，则绳对小车的拉力等于小车所受合力
【详解】（1）[1]打点计时器是一种计时仪器，不需要秒表；小车的质量需要测量，需要天平；刻度值用来测量计时点间距。
故选BC。
（2）[2]小车的加速度为
（3）[3]根据
得
小车所受合力等于图线斜率
（4）[4]平衡摩擦力的作用是使小车重力沿斜面的分力等于摩擦力，则绳对小车的拉力等于小车所受合力。
3． 交流 需要 质量 没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
【详解】[1]打点计时器工作时使用交流电源；
[2]以小车为对象，根据牛顿第二定律可得
以小桶及桶内砝码为对象，根据牛顿第二定律可得
联立解得
为了使小车受到的拉力近似等于，小桶及桶内砝码的总质量需要远小于小车的总质量。
[3]在探究小车加速度与质量以及所受合外力的关系时，应采用控制变量法；则用此装置研究加速度与拉力的关系时，需要保持小车质量不变；
[4]由图2可知，当拉力达到一定数值时，小车才开始具有加速度，可知小车受到一定的阻力，故图2中的直线不过原点的原因是：没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。
4． AC/CA E 0.53 图像是一条倾斜的直线 0.45 B
【详解】（1）[1]若用该实验装置“研究小车速度随时间变化的规律”，则要用到的有打点计时器所需电压合适的50Hz交流电源，测量纸带所打点之间距离的刻度尺，即AC；
[2]若用该实验装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”，则还需要用到天平（含砝码）来测量小车的质量，即E；
（2）①[3]由于相邻两计数点间有四个点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为
由测出的纸带信息可以计算出，打下C点时，小车的速度
②[4]在该图标出速度对应的坐标点，并作出图线如图所示
③[5]通过观察图像，实验小组的同学判断小车做匀变速直线运动。他们这样判断的依据是：图像是一条倾斜的直线。
（3）①[6]根据图像的斜率表示加速度，可以计算出小车的加速度
②[7]保持小车质量M和左侧钩码的质量不变，改变小车中放入砝码的质量，根据牛顿第二定律有
可得
为了能更直接地反映物体的加速度与物体质量的关系，应作出的图像是随变化的图像。
故选B。
5． 不挂 0.52 ，以加速度a为纵坐标，小车质量的倒数为横坐标建立坐标系，所得图像为一条过原点的倾斜直线
【详解】（1）[1]平衡摩擦力和其他阻力的正确操作方法是：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，接通电源，开始打点，轻推一下小车，让小车在不受细绳拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。故不能挂上吊盘；
（2）[2]纸带上两个计数点之间有四个点没有画出，故两计数点之间的时间为
逐差法求小车加速度
（3）[3]由牛顿第二定律，当物体所受合外力一定时，物体的加速度与其质量成反比，所以以加速度a为纵坐标，小车质量的倒数为横坐标建立坐标系，如图
当所得图像为一条过原点的倾斜直线时，可以得出a与成正比的结论，故能直观判断“在相同拉力作用下，a与m成反比”。
6． A 质量 A
【详解】（1）[1] AB．平衡摩擦力时，把小车和轨道的摩擦力、纸带的摩擦力都要平衡掉，调整定滑轮使细线与长木板平行，这样细线对小车的拉力就是小车的合力，且拉力方向与小车运动方向相同，符合实验要求，A正确，B错误。
C．在平衡摩擦力后，设砂和砂桶的重力为mg，小车质量为M，绳子拉力为F，对小车和砂与砂桶分别用牛顿第二定律有
解得
则在砂和砂桶总质量远小于小车的质量的情况下，我们认为砂和砂桶的重力大小等于绳子拉小车的拉力大小，C错误。
D．应该先接通电源后释放小车，让纸带记录完整的数据，D错误。
故选A。
（2）[2]探究加速度与力的关系时，用控制变量法，即保持小车质量不变。
[3]平衡摩擦力的目的是让小车所受合力等于绳子的拉力，让砂和桶的总质量远小于小车质量的目的，是使绳子的拉力大小等于砂和桶的重力大小，A正确，B错误。
故选A。
7． BD/DB 0.24 0.34 平衡摩擦力过度
【详解】（1）［1］A.要先接通电源，再释放小车，故A错误；
B.此实验原理用砂及砂桶的重力代表小车的合外力，故要求砂及砂桶的质量要远小于小车的质量，故B正确；
C. 此实验原理用砂及砂桶的重力代表小车的合外力，故用“阻力补偿法”平衡摩擦力时，不需要悬挂空砂桶，故C错误；
D.实验时为了减小误差，要求拉小车的细线应与长木板保持平行，故D正确。
故选BD。
（2）［2］根据匀变速直线运动的特点，
由于相邻计数点间还有4 个点为画出，故相邻计数点之间的时间间隔为
解得
（3）［3］
［4］速度与时间图像的斜率为加速度，故
（4）［5］图像表示，在无外力的情况下，小车就已经有加速度了，故可能的原因是平衡摩擦力过度。
8． C 1.0 见解析
【详解】（1）[1]本实验要探究加速度与小车质量的关系，采用控制变量法，即应保持拉力不变，即钩码的质量相同，而小车的质量不同。
故选C。
（2）[2]根据逐差法可得小车运动的加速度为
（3）[3]根据牛顿第二定律有
解得
由此可知，加速度与tanθ成正比，而与θ非线性关系，所以该加速度测量仪的刻度不均匀。
9． BC/CB B B A 见解析
【详解】（1）[1]本实验中，除了电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）以外，还需要刻度尺和交流电源。
故选BC。
（2）[2]本实验采用的科学方法是控制变量法。
故选B。
（3）[3]实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。
故选B。
[4]由上述分析可知，在不挂重物且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。
故选A。
（4）[5]图像如图所示
（5）[6]设绳子拉力为T，小车运动的加速度为a，小车质量为M，桶和砂的总质量为m。实验中平衡了摩擦力后，小车所受的合外力为绳子拉力T，对小车应用牛顿第二定律可得
对桶和砂应用牛顿第二定律可得
联立可得
可见，当桶和砂的总质量比小车质量小得多时，绳子拉力近似等于沙和桶的总重力，即桶和砂所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的合力。
试卷第1页，共3页
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