- 实验：探究加速度与力、质量的关系
- 共699题
为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图1所示实验装置．请思考探究思路并回答下列问题：
（1）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是______
A．将带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动
C．将固定打点计时器的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D．将固定打点计时器的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动
（2）某学生在平衡摩擦力时，使得长木板倾角偏大．他所得到的a-F关系是图2中的哪根图线？（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）．答：______
（3）消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后，要用钩码总重力代替小车所受的拉力，此时钩码质量m与小车总质量M之间应满足的关系为______．
正确答案
（1）将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．故选：C．
（2）把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，会导致重力沿斜面向下的分力偏大，摩擦力偏小，而且重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，这样在没有绳子的拉力作用下，小车就会产生加速度．故选：C．
（3）根据牛顿第二定律得：
对m：mg-F拉=ma
对M：F拉=Ma
解得：F拉=
当m＜＜M时，即当钩码的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于钩码的总重力．
故答案为：（1）C；
（2）C；
（3）m＜＜M．
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出．
（1）当M与m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
（2）如图2为某同学根据测量数据作出的a-F图线，说明实验存在的问题是：______．
（3）某组同学在不改变拉力，只改变车中砝码的质量，得到了如表所示的几组数据，其中第3组数据还未算出加速度，但对应该组已打出了纸带，如图3所示（长度单位：cm），图中各点为每打5个点选出的计数点（两计数点间还有4个打点未标出）．
①由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表中（小数点后保留两位数）．
②建立合适的坐标系，如图4，将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上，并作出平滑的图线．
③由图象得出的结论是：______．
正确答案
（1）根据牛顿第二定律得，整体的加速度a=
（2）在a-F图象中，当F不等于零，但是加速度仍然为零，可知没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
（3）①根据△x=aT2，利用逐差法，a=
②描点绘图，如图所示
③在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比（或在拉力一定时，物体的加速度与质量的倒数成正比．
故答案为：（1）M＞＞m； （2）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够；（3）0.99，如图所示，在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比（或在拉力一定时，物体的加速度与质量的倒数成正比）
“用DIS研究加速度与力的关系”实验中，应选用摩擦力______的轨道，选用的钩码的质量应______些（填“大”或“小”）．若某同学根据实验数据作出的加速度a与作用力F图线如图所示，试分析图线不过原点的主要原因是______．
正确答案
如果轨道的摩擦力很小时，那么小车的合力就近似认为是绳子的拉力．
小车的质量为M，钩码的质量为m，根据牛顿第二定律得：
对m：mg-F拉=ma
对M：F拉=Ma
解得：F拉=
所以实验中我们选用的钩码的质量应小些，我们可以认为钩码的重力近似等于绳子的拉力．
F≠0，a=0，所以图线不过原点的主要原因是轨道有摩擦．
故答案为：小；小；轨道有摩擦．
（1）如图是某同学在做“探究a与F、m的关系”实验时的实验装置图，试指出该实验装置图中的错误：（指出其中三点） ① ② ③ 。
（2）该同学调好实验装置、改进错误后，接通电源打出如下一条纸带，从0点开始第5个点取一个计数点，并量得s1=1.22cm，S2=2.00cm，S3=2.78cm，S4=3.62cm，S5=4.40cm，S6=5.18cm. 试求出此时小车的加速度a= m/s2.
正确答案
（1）①m与M的质量太接近；②不平衡摩擦力；③不能使用直流电源（④拉小车的绳应跟桌面平行）
（2）0.78-0.80
某实验小组用如图1所示器材“探究a与F、m之间的关系”
（1）关于该实验的要求，以下说法正确的有______
A．小车的质量要远小于砝码和托盘的总质量
B．要采用控制变量法探究a与F、m之间的关系
C．平衡阻力时，最好先取下细绳、托盘和纸带，再改变长木板倾斜程度
D．要先释放小车，再接通打点计时器的电源
（2）连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图2所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取计数点A、B、C、D、E、F、G．相邻两计数点之间有四个点未画出．由以上数据可算出打C点时小车速度大小为______m/s；打该纸带的过程中小车的加速度大小为______m/s2（以上计算结果均保留三位有效数字）．
（3）如果平衡阻力时，已经取下细绳和托盘，并且通过改变长木板倾斜程度，达到了完全平衡摩擦力的要求．实验前已测得小车质量为1kg，托盘的质量5×10-3kg，在上述实验过程中该组同学放入托盘中的砝码质量约为______kg（g取9.8m/s2，结果保留两位有效数字）
正确答案
（1）A、实验中，要保证砝码和托盘的总质量远小于小车的质量，这样才能使得砝码和托盘的总重力近似等于细绳对小车的拉力，故A错误．
B、该实验采取控制变量法，在探究物体的加速度与力的关系时，应保持质量M不变，在探究物体的加速度与物体的质量的关系时，应保持力F不变．故B正确．
C、为了使绳子的拉力等于小车的合外力，在进行实验之前要进行平衡摩擦力，具体做法是：适当垫高长木板不带定滑轮的一端，轻推未挂沙桶的小车，恰使拖有纸带的小车匀速下滑．即纸带不能取下，故C错误．
D、实验中应先接通电源，后放开小车，故D错误．
故选：B．
（2）每相邻两个计数点之间有四个点没画出，故：T=5×0.02s=0.10s
平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故计数点C的速度等于B到D的平均速度，有：vC=
根据公式△x=aT2，小车的加速度为：a=
（3）平衡摩擦力后小车受到的合力等于砝码和托盘的总重力，根据牛顿第二定律（m盘+m码）g=Ma
所以m码=
故答案为：（1）B；（2）0.755；0.989；（3）0.096．
在“验证牛顿第二定律”实验中，为验证小车质量M不变时，a与F成正比，滑块质量M和砝码质量m分别选取下列四组值
A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g
B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g
C．M=200g，m分别为50g、70g、100g、125g
D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g
若其它操作都正确，那么在选用______组值测量时所画出的a-F图线较准确，在选用此组值，m取______克时实验误差较大．
正确答案
实验时要求小车质量M要远远大于砂及砂桶的质量m，只有B中M与m相差最大，所以B组测量时所画出的a-F图线较准确，其中50g是数值最大的，在本组的数据中，这是误差最大的．
故答案为：B，50g．
在“探究”加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出，实验中所使用的电源是50HZ的交流电．
（1）当M与m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
（2）图乙为某次实验得到的纸带，图中A、B、C、D、E为计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出．根据纸带可计算出纸带所对应小车的加速度a=______m/s2（结果保留三位有效数字）
（3）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度．采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与______的图象．
（4）如图丙所示为甲同学根据测量数据作出的a-F图象，说明实验存在的问题是______．
（5）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图象如图丁所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同______．
正确答案
（1）根据牛顿第二定律得，a=
（2）根据△x=aT2，运用逐差法得，a=
（3）因为a与M的关系图线为曲线，无法得出a与M的关系，应该作出a-
（4）F不等于零时，加速度仍然为零，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（5）a-F图线的斜率表示质量的倒数，图线的斜率不同，则两个同学做实验时的小车质量不同．
故答案为：（1）m远小于M，（2）3.51，（3）
（1）在做《探究力、质量与加速度的关系》的实验时，假设要用到打点计时器，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50Hz，常用的电磁式打点计时器和电火花计时器，二者都使用的是______（填“直流电”或“交流电”），它们是每隔______s打一个点．
（2）为了探究力、质量与加速度三个物理量之间的定量关系，可以在质量一定的情况下，探究物体的加速度与力的关系；再在物体受力一定的情况下，探究物体的加速度与质量的关系．最后归纳出加速度与力、质量之间的关系．这是物理学中常用的______的科学探究方法．
（3）某同学在做《探究力、质量与加速度的关系》的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中x1=7.10cm、x2=7.70cm、x3=8.30cm、x4=8.90cm、x5=9.50cm、x6=10.10cm，则打A点时瞬时速度的大小为______m/s，小车的加速度的大小是______m/s2．
正确答案
（1）打点计时器使用的是交流电源，周期和频率互为倒数，频率为50Hz，每隔0.02s打一个点．
（2）为了探究力、质量与加速度三个物理量之间的定量关系，可以在质量一定的情况下，探究物体的加速度与力的关系；再在物体受力一定的情况下，探究物体的加速度与质量的关系．最后归纳出加速度与力、质量之间的关系．这样的物理方法称为控制变量法．
（3）vA=
故答案为：（1）交流电；0.02
（2）控制变量．
（3）0.92；0.6
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，如图所示，图甲为实验装置简图．（交流电的频率为50Hz）
（1）图乙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/s2．（保留两位有效数字）
（2）实验中小车质量M与沙筒质量m满足的关系是______．
（3）在做加速度与质量关系时，应该作a与______的图象．
（4）两位同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线如图所示，两个同学做实验时不同的物理量是______．
正确答案
（1）相邻的计数点之间的时间间隔为0.04s
根据运动学公式得：△x=at2，
a=
（2）设小车的质量为M，沙筒质量为m，设绳子上拉力为F，
以整体为研究对象有mg=（m+M）a
解得a=
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=
显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙筒的重力．
（3）要直观的反映两个量之间的关系，可以通过作图来解决．但是只有作出一条直线，才可以直观的反映两个变量之间的关系．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a-
（4）由图可知在拉力相同的情况下a1＞a2，
根据F=ma可得m=
故答案为：（1）3.2
（2）M＞＞m，
（3）a-
（4）两人的实验中小车及车中砝码的总质量不同
在探究加速度和力、质量的关系实验中，根据测得的数据作出a-F图线，若作出的a-F图线如图（甲）所示，这是由______造成的，若作出的a-F图线如图（乙）所示，这是因______造成的．
A、在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
B、由于砂及砂桶质量远远小于小车的质量
C、由于砂及砂桶质量较大，不能很好满足远远小于小车的质量造成的
D、实验前没有平衡摩擦力．
正确答案
（1）a-F图象不过原点，图中当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，说明小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板右端垫得过高，即平衡摩擦力过度导致，故选A．
（2）图线上部弯曲，即当拉力较大时加速度与小桶及砝码重力不成正比，这是由于没有满足小车质量M远大于小桶及钩码质量m造成的，故选C．
故选：A；C
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