• 实验:探究加速度与力、质量的关系
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某同学在做“探究加速度与力的关系”的实验中,使用了图示的装置,将小车放在轨道上,小车的一端连接一条穿过打点计时器的纸带,另一端用细绳与钩码连接,细绳跨过定滑轮。

(1)关于实验的操作过程,下列说法正确的是______________。

A.轨道应保持水平

B.先接通电源,后释放小车

C.需要知道小车的质量

D.实验中认为细绳对小车的拉力等于钩码重力,所以钩码的质量越大实验效果越好

该同学实验时打出了5条纸带,并且计算出了小车的加速度,将小车的加速度和受的拉力列在下表中:

(2)根据表中数据,在坐标纸上取适当的刻度,画出a-F图象。

(3)由图象可以得到实验的结论是____________________________。

正确答案

(1)B

(2)

(3)质量一定时,加速度与作用力成正比

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简答题

在探究加速度与力、质量关系的实验中,采用如图甲所示的装置。

(1)实验过程中,电火花计时器应接在___________(选填“直流”或“交流”)电源上。

(2)某小组在探究“质量一定时,加速度与合力成正比”的实验中,测出多组数据,作出了如图乙所示的图象,已知实验过程中细线与木板始终保持平行,则图线没有过坐标原点的原因可能是___________ ,图线上部弯曲的原因可能是________________。

(3)如图丙为实验中打出的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为依次选取的7个计数点,相邻两计数点间还有4个打点未画出.从纸带上测出x1=3.20cm,x2=4.52cm,x5=8.42cm,x6=9.70cm。则木块加速度的大小a=__________m/s2(保留两位有效数字)。

正确答案

(1)交流

(2)未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不完全);未满足砝码盘和砝码的总质量远小于木块的质量

(3)1.3

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研究物体运动的加速度与物体所受力的关系的实验装置如图甲所示,实验的步骤如下:

①把一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上,使定滑轮伸出桌面.

②把打点计时器固定在长木板没有定滑轮的一端,并把打点计时器连接到电源上.

③把小车放在长木板上并靠近打点计时器的地方,把纸带的一端固定在小车上且让纸带穿过打点计时器.

④细线的一端固定在小车上并跨过定滑轮,另一端悬挂一砝码盘,调整滑轮的高度使滑轮和小车间的细线与长木板平行.

⑤接通打点计时器电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一列小点.

⑥改变砝码盘中砝码的质量,更换纸带,重复上面步骤.

⑦根据纸带上打的点算出每次实验时小车的加速度,把每次实验时砝码和砝码盘的重力记录在相应的纸带上.

⑧以小车的加速度a为纵坐标,细线的拉力F(砝码和砝码盘的总重力)为横坐标,建立坐标系,画出a-F图象得出加速度与力的关系.

(1)上述操作步骤中明显遗漏的步骤是______.

(2)某同学画出的a-F图象如图乙所示,图线不是直线的可能原因是______.

(3)另一位同学将本实验做了改动:每次实验时将小车上的砝码拿下放到砝码盘上,其他操作都与上面一样.那么他画出的a-F图象______(填“是”或“不是”)一条过坐标原点的直线,原因是______.

正确答案

(1)上述操作步骤中明显遗漏的步骤是没有平衡摩擦力.

(2)当m<<M时,即当砝码和砝码盘的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于砝码和砝码盘的总重力.从图象上可以看出:F从0开始增加,砝码和砝码盘的质量远小于车的质量,慢慢的砝码和砝码盘的重力在增加,那么在后面砝码和砝码盘的质量就没有远小于车的质量呢,那么绳子的拉力与砝码和砝码盘的总重力就相大呢.

所以原因是砝码和砝码盘的质量没有远小于车的质量.

(3)另一位同学将本实验做了改动:每次实验时将小车上的砝码拿下放到砝码盘上,其他操作都与上面一样.

根据牛顿第二定律得

小车的加速度等于a=,即小车的加速度等于砝码和砝码盘的重力与砝码、砝码盘和小车总质量的比值,而

砝码、砝码盘和小车总质量不变.那么他画出的a-F图象是一条过坐标原点的直线.

故答案为:(1)没有平衡摩擦力

(2)是,小车的加速度等于砝码和砝码盘的重力与砝码、砝码盘和小车总质量的比值,而

砝码、砝码盘和小车总质量不变.

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在《探究加速度与物体质量、物体受力的关系》实验中,要采用控制变量法来进行研究.

(1)在研究加速度与物体质量的关系中,需要保持______不变,而去改变小车质量,来探究小车运动加速度与小车质量的关系.

(2)在实验中,为减小实验误差,要把斜面右端垫高一些,以平衡摩擦力,使小车受到合力等于绳对小车的拉力;那么在每次改变小车质量后,是否要重新平衡摩擦力?______(填“不要”或“要”).

(3)在寻找到加速度和质量的关系,采用图象方法处理数据,图象坐标应该选用______(填“a-m”或“a-1/m”)

正确答案

(1)只有m<<M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.

所以在研究加速度与物体质量的关系中,需要保持盘和盘中砝码的重力,不变,而去改变小车质量,来探究小车运动加速度与小车质量的关系.

(2)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动,让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力.

当每次改变重物的质量时,不需要重新调节木板的倾角,即不要重新平衡摩擦力.

(3)由牛顿第二定律F=ma可知当合力F不变时m与a成反比,在a-m图象中应该是双曲线,但是实验得出的各组数据是不是落在同一条双曲线上是不好判断的,但是a-的关系是正比例函数,此时各组数据是不是落在同一条直线上是非常容易观察的,所以图象坐标应该选用a-

故答案为:(1)盘和盘中砝码的重力,

(2)不要

(3)a-

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某同学为验证牛顿第二定律中“力与加速度”的关系,采用光电门系统来代替位移和时间测量工具,实验装置如图所示。光滑导轨水平放置,细线绕过可转动的圆形光栅连接小车与重物(重物质量远小于小车质量),挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住。光电门在每次有红外线通过光栅时会记下l次信号,如图所示,圆形光栅每转过1圈将会记下10次信号。不计一切摩擦,每次都将小车静上释放,在小车停止后,记下重物质量m、信号次数n、小车运动时间t。

(1)小车经过的位移S与光电门记下的信号次数n的关系应是_____________。

A、

B、

C、

D、

(2)若实验后得到了下表所示的数据,试分析,运动时间t3应约为_____________s。

正确答案

(1)A

(2)1.53(或

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简答题

在探究牛顿第二定律实验中,得到以下数据:物体质量不变时,加速度a与物体所受合力F的对应数据如表1;物体所受合力不变时,加速度a和物体质量的倒数1/M的对应数据如表2。

(1)分别画出a -F图象和a -1/M图象。

(2)由a -F图象得到的结论是_____________________________;由a -1/M图象得到的结论是_____________________________。

正确答案

(1)

(2)物体的加速度与物体所受的合力成正比,物体的加速度与物体的质量成反比

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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______;

A.控制变量法   B.假设法    C.理想实验法

(2)下列说法中正确的是______.

A.在探究加速度与质量的关系时,应改变拉力的大小

B.在探究加速度与外力的关系时,应该改变小车的质量

C.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-图象

D.当小车的质量远大于沙桶和沙的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于沙桶和沙的总重力大小

(3)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示:(小车质量保持不变)

①根据表中的数据在坐标图2上作出a-F图象.

②图线不过原点的原因可能是______.

正确答案

(1)该实验是探究加速度与力、质量的三者关系,研究三者关系必须运用控制变量法,故BC错误,A正确.

故选A.

(2)A、该实验采用的是控制变量法研究,即保持一个量不变,研究其他两个量之间的关系,在探究加速度与质量的关系时,应保持拉力的大小不变,故A错误;

B、在探究加速度与外力的关系时,应该保持小车的质量不变,故B错误;

C、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-图象,故C正确;

D、设小车的质量为M,砝码盘和砝码的质量为m,根据牛顿第二定律得:

对m:mg-F=ma

对M:F=Ma

解得:F==

当M>>m时,即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力,故D正确.

故选CD.

(3)①据所提供数据,采用描点法得出图象如下所示:

②开始当小车挂上重物时,加速度却为零,线性图象不通过坐标原点,故导致图象不过原点的原因是木板倾角偏小.即说明操作过程中没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足.

故答案为:(1)A    (2)CD

(3)①如图所示;②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

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为了验证“当质量一定时,物体的加速度与它所受的合外力成正比”.一组同学用图甲所示的装置进行实验,并将得到的实验数据描在图乙所示的坐标图中.

(1)在图乙中作出a-F图线.

(2)由a-F图线可以发现,该组同学实验操作中遗漏了______这个步骤.

(3)根据a-F图线可以求出系统的质量是______kg(保留两位有效数字).

正确答案

(1)如图

(2)从上图中发现直线没过原点,当F≤0.16N时,a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力这个步骤.

(3)根据a-F图线可以求出a-F图线的斜率即物体的加速度.

所以加速度a=0.40kg

故答案是:(1)见上图;

(2)平衡摩擦力;

(3)0.40

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简答题

用如图所示的实验装置来验证牛顿第二定律。

(1)为消除摩擦力的影响,实验前平衡摩擦力的具体操作为:取下____________,把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节,直到轻推小车后,小车能沿木板做____________运动

 

(2)某次实验测得的数据如下表所示,根据这些数据在坐标图中描点并作出图线,从图线求得合外力大小为____________N(计算结果保留两位有效数字)。

正确答案

(1)砂桶,匀速直线

(2)描点、连线如图所示,0.30(0.28~0.32都给分)

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在“探究加速度与力、质量的关系”实验时,已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线,为了完成实验,还须从下图中选取实验器材,其名称是_____________(漏选或全选得零分);并分别写出所选器材的作用_____________。

正确答案

学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火计时器、钩码、砝码);

学生电源为电磁打点计时器提供交流电源;电磁打点计时器(电火花汁时器)记录小车运动的位置和时间;钩码用以改变小车的质量;砝码用以改变小车受到拉力的大小,还可用于测量小车质量

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