《2025年优化探究同步导学案高中物理必修第一册人教版》

[例2] 某组同学设计了“探究加速度$ a $与物体所受合力$ F $及物体质量$ m $的关系”的实验。图甲为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有细沙的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车的拉力$ F $等于细沙和小桶的总重力,小车运动的加速度$ a $可用纸带上打出的点求得。
(1)某次实验时,测得小车和小车上钩码的总质量为800 g,则细沙和小桶的总质量较为合理的是A。
A. 50 g
B. 500 g
C. 5 kg
D. 50 kg
(2)图乙为某次实验得到的纸带,纸带上各点为连续的计时点,已知实验所用电源的频率为50 Hz。根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度大小为1.63 $ m/s $,小车的加速度大小为1.72 $ m/s^{2} $。(结果均保留两位小数)

(3)在探究加速度$ a $与物体质量$ m $的关系时,某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注,但尚未完成图像(如图丙所示)。请帮助该同学作出坐标系中的图像。

(4)在探究加速度$ a $与合力$ F $的关系时,该同学根据实验数据作出了加速度$ a $与合力$ F $的图线如图丁所示,图线不通过坐标原点的原因是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。

答案：
[答案]
(1)A
(2)1.63 1.72
(3)图见解析
(4)没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
[解析]
(1)为了使细绳对小车的拉力F等于细沙和小桶的总重力，需要满足小车和小车上钩码的总质量远远大于细沙和小桶的总质量，若小车和小车上钩码的总质量为800g，则细沙和小桶的总质量较为合理的是50g，故A正确。
(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故$v_B=\frac{AB + BC}{4T}\approx1.63 m/s$。
由逐差法求得小车的加速度$a=\frac{CD + DE - AB - BC}{4 × (2T)^2}\approx1.72 m/s^2$。
(3)根据描点法作出图像，如图所示。

(4)图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，则实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。