• 实验:探究加速度与力、质量的关系
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《探究物体的加速度与力、质量的关系实验》如下:

(1)在探究物体的加速度与力的关系时,应保持小车质量不变,分别改变施加在小车上的水平拉力F,测出相对应的加速度a。

①甲同学在某次实验中根据测得的多组数据画出a-F关系图线(如图甲所示)。 分析此图线的OA段可得出的实验结论是_____________________________________。

②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.所挂钩码的总质量太大

        D.所用小车的质量太大

③若乙同学实验得出数据,画出a-F图像如图乙所示,那么该同学实验中出现的问题可能是_________。

        A.实验中摩擦力没有平衡

        B.实验中摩擦力平衡过度

        C.实验中绳子拉力方向没有跟平板平行

        D.实验中小车质量发生变化

(2)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持小车上的水平拉力不变,分别改变小车的质量m,测出相对应的加速度a。丙同学顺利地完成了实验,并得到了小车加速度随质量变化的一组数据,如下表所示。

①请你在下图的坐标纸中建立合适坐标并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线。

②分析此图线可得出的实验结论是__________________________;小车所受的拉力约为___________N。

正确答案

(1)①在小车质量不变的条件下,小车的加速度与它所受到的外力成正比;②C;③B

(2)①“略”;②在小车受到的水平拉力不变的条件下,小车的加速度与小车质量成反比;1

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在“研究牛顿运动定律的实验”中,某同学选用的实验装置如图所示。

(1)在水平实验桌上放置一端有定滑轮的长木板,将不带定滑轮的一端适当垫起的目的是________________________________________________________________________ 。

(2)请指出这位同学实验装置中的三处错误:

A.________________________________________________________________________;

B.________________________________________________________________________;

C.________________________________________________________________________。

正确答案

(1)平衡摩擦力或重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡。

(2)小车没有紧靠打点计时器;拉小车的细线与木板不平行;滑轮没有伸出桌边沿,致使悬线碰桌边沿;打点计时器工作电源接错为直流电源。(答案不唯一)

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为了探究物体的加速度与物体质量存在怎样的关系,课本给出的参考方案是:保持拉力一定,多次改变物体的质量(小车的总质量),通过实验测出在物体不同质量时对应的加速度值.利用这些数据,我们可以画出相应的a-m图象,但课本要求我们重新设置变量,再画一个图象.请你回答:

(1)重新设置变量后的是______图象.

(2)重新设置变量画图的最主要的原因是______.

正确答案

画出的a-m图象是一条曲线,不能直观说明两变量的关系.

所以重新设置变量画a-图象,作出来的图象如果是一条过原点倾斜的直线也就能说明a与m成反比.

故答案是:(1)a-

(2)作出来的图象是一条倾斜的直线

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在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图1所示的装置.

(1)本实验应用的实验方法是______.

(2)下列说法中正确的是______.

A.木板一端垫高,是为了小车有更大的加速度,方便测量

B.砝码盘和砝码的总重力就是小车受到的合外力

C.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,可作出a-m图象

D.当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小

(3)实验中得到以下两个实验图线甲、乙,描述加速度与质量关系的图线是______;描述加速度与力的关系图线是______;图线______也可以描述加速度与质量的倒数关系.

正确答案

(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,当控制质量不变时,研究加速度与力的关系;当合力一定时,研究加速度与质量的关系.

(2)A、木板一端垫高,是防止小车的质量变化,摩擦阻力从而影响小车的合力;故A错误;

B、当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小

,故B错误,D正确;

C、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,可作出a-图象;

(3)通过控制变量法可知,当力一定时,加速度与质量成反比,而质量变为其倒数时,则加速度与质量的倒数将成正比;而质量一定时,力与加速度成正比.

故答案为:(1)控制变量法  (2)D    (3)乙,甲,甲

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某研究性学习小组采用如图甲所示的装置,探究物体的加速度与质量的关系.提供的器材有:气垫导轨、滑块(总质量为m,左端装有遮光板)、光电门(配接数字计时器)、米尺、铁架台.实验中,测出导轨顶端A与光电门所在位置B的距离为L,导轨顶端距水平面的高度为h.

(1)用游标卡尺测量遮光板的宽度d,如图所示,则d=______mm

(2)接通气源,让滑块从A端由静止开始向下运动,读出遮光板通过光电门的时间为t1,若遮光板的宽度用d表示,则滑块运动到B点时的速度v1=______,下滑过程的加速度a1=______.

(3)实验中,为使滑块受到的合外力保持不变,在改变滑块质量m时,应调节______,使______.测出多组m、t数据后,描点做出______(选填“t2-m”,“t2-”)的线性图象,可得出加速度与质量的关系.

正确答案

(1)根据图示可知,主尺示数为3mm,游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为:4×0.05mm=0.20mm,故最后读数为:3mm+0.20mm=3.20mm.

(2)挡光条宽度d很小,挡光时间很短,因此可以用平均速度来代替瞬时速度,故滑块通过光电门的瞬时速度为:v==

根据v2=2aL,解得:a==

(3)探究物体的加速度与质量的关系的实验中要保证合外力不变,F=mgsinθ=mg,所以改变质量时,应调节导轨顶端距水平面的高度为h,

使mh不变,作出-图象即作出t2-m图象.

故答案为:(1)3.20;(2);(3)导轨顶端距水平面的高度为h;mh不变;t2-m

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某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如下图。长直木板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.

实验步骤如下:

①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;

②用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2

③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t;

④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值

⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα;

⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f-cosα关系曲线.

(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):

①斜面倾角的余弦cosα=______;

②滑块通过光电门时的速度v=________;

③滑块运动时的加速度a=________;

④滑块运动时所受到的摩擦阻力f=________。

(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如下图所示,读得d=________。

正确答案

(1)①,②,③,④

(2)3.62 cm

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在探究“牛顿第二定律”时,某小组设计“双车位移比较法”来探究加速度与力的关系。实验装置如图所示,将轨道分上下双层排列,两小车后的刹车线穿过尾端固定板,由安装在后面的刹车系统同时进行控制(刹车系统未画出)。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小。

已知两车质量均为200 g,实验数据如表中所示:

试根据该实验的情境,回答下列问题:

(1)两小车的位移S、S与加速度a、a的关系满足__________________。

(2)分析表中数据可得到结论:________________________________________。

(3)该装置中的刹车系统的作用是______________________________________。

正确答案

(1)

(2)在小车质量相同的情况下,小车的加速度与外力成正比

(3)让两个小车同时运动,同时停车,确保两车的运动时间相同

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某同学为估测摩托车在水泥路上行驶时所受的牵引力,设计了下述实验:将输液用的500 mL玻璃瓶装适量水后,连同输液管一起绑在摩托车上,调节输液管的滴水速度,刚好每隔1.00 s滴一滴。该同学骑摩托车,先使之加速至某一速度,然后熄火,让摩托车沿直线滑行。下图为某次实验中水泥路面上的部分水滴(左侧为起点)的图示。设该同学的质量为50 kg,摩托车质量为75 kg,g=10 m/s2,根据该同学的实验结果可估算:

(1)摩托车加速时的加速度大小为________ m/s2

(2)摩托车滑行时的加速度大小为________ m/s2

(3)摩托车加速时的牵引力大小为________ N。

正确答案

(1)3.79 

(2)0.19 

(3)498

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简答题

在《探究加速度与力、质量的关系》实验中。

(1)在验证实验中实验仪器有:砂桶和砂子,小车和砝码,带滑轮的长木板,打点计时器和纸带复写纸片,除了以上仪器外,还需要的仪器有

[     ]

        A.秒表

        B.弹簧测力计

        C.毫米刻度尺

        D.天平

        E.低压直流电源

        F.低压交流电源

(2)在实验中,以下做法正确的是

[     ]

        A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

        B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力

        C.实验时,先放开小车,后接通电源

        D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足,对探究过程也不会产生影响

(3)在这一实验中,有两位同学通过测量,分别作出a一F图象,如图中的A、B线所示;试分析:

A线不通过坐标原点的原因是:_______                                                     

B线不通过坐标原点的原因是:______                                                        

C线发生弯曲的原因是:__________________________________________。

正确答案

(1)BCDF

(2)B

(3)A线在F轴上有一定的截距,表明F达到一定的值后小车才开始有加速度,这是没有平衡摩擦力,或平衡摩擦力不够引起的;B线在a轴上有一定的截距,表明F为0即不加F时小车已经有了一定的加速度,这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大,即平衡摩擦力过度引起的。C线是当砂桶质量m增大到较大时,不满足小车质量引起的。

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“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.

(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中,打出了一条纸袋如图所示.计时器大点的时间间隔为0.02s.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.该小车的加速度a=______m/s2.(结果保留两位有效数字)

(2)某探究学习小组的同学欲以上图装置中的小车为对象验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:你认为还需要的实验器材有______.

(3)实验时为了保证滑块受到的合力 与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是______,实验时首先要做的步骤是______.

(4)在上面的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2).则对滑块,本实验最终要验证的数学表达式为______(用题中的字母表示).

(5)如果实验时所用滑块质量为M,沙及沙桶总质量为m,让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2).要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒,则最终需验证的数学表达式为______(用题中的字母表示).

正确答案

(1)设第一段位移为x1,第二段位移为x2,由:△x=aT2得:

a===0.16m/s2

(2)以小车为对象验证“动能定理”,合外力做的功为:mgL,小车动能的变化量为:M-M,所以我们需要验证:mgL=M-M,需要测量或计算的物理量为:m,M,L,v,所以需要的仪器主要有:天平(质量)刻度尺(位移)打点计时器(速度).

(3)在实验的过程中,我们认为绳子的拉力F等于沙桶和沙子的重力mg,而在小车运动中还会受到阻力,所以我们首先需要平衡摩擦力.并且实际上绳子的拉力F=Ma=mg,故应该是m<<M,即:要求小车的质量远远大于沙桶和沙子总质量.

(4)以小车为对象验证“动能定理”,合外力做的功为:mgL,小车动能的变化量为:M-M,所以我们需要验证:mgL=M-M

(5)在实验中,能量转化是:沙桶和沙子的损失的重力势能转化为整个系统的动能,沙桶和沙子的损失的重力势能为:mgL,整个系统增加的动能:(M+m)(-);

所以我们需要验证:mgL=(M+m)(-)

故答案为:(1)0.16

(2)天平,刻度尺

(3)小车的质量远远大于沙桶和沙子总质量,平衡摩擦力

(4)mgL=M-M

(5)mgL=(M+m)(-)

下一知识点 : 牛顿第二定律
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