• 实验:探究加速度与力、质量的关系
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简答题

用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量m的关系,某位同学设计的实验步骤如下:

A.用天平称出小车和托盘 及所装重物的质量;

B.按图安装好实验器材;

C.把轻绳系在小车上并绕 过定滑轮悬挂托盘及重物;

D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;

E.保持托盘及重物的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的m值,重复上述实验;

F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;

G.作a-m关系图象,并由图象确定a与m的关系。

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_____________,该步骤应排在_____________步实验之后。

(2)在上述步骤中,有错误的是_____________,应把_____________改为_____________。

(3)在上述步骤中,处理不恰当的是_____________ ,应把_____________改为_____________。

正确答案

(1)平衡摩擦力;B

(2)D;6V电压的蓄电池;6V以下交流电压的学生电源

(3)G;a-m图象;图象

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简答题

如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。

(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持__________不变。平衡摩擦力后,用钩码所受的重力作为小车所受的合外力F,用DIS测小车的加速度a。

(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示),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

正确答案

(1)小车的总质量

(2)C

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简答题

某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量之间的关系。

(1)由图甲中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离S,由游标卡尺测得遮光条的宽度d,由数字计时器可以读出遮光条通过电门1的时间和遮光条通过光电门2的时间,滑块的加速度的表达式为_____________。(以上表达式均用字母表示)

(2)在本次实验中,实验小组通过改变滑块质量做了6组实验,得到如下表的实验数据:

根据实验数据作出了a与的图线如图所示,该图线有一段是弯曲的,试分析图线弯曲的原因_____________。

正确答案

(1)

(2)滑块质量过小,不再能满足m>>m这一实验条件

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简答题

某学生用如图所示实验装置做“验证牛顿第二定律”实验中,保持小车质量不变,测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示。

(1)根据表中的数据在图中画出a-F图线。

(2)把图线延长,看看图线是否通过原点?如果不通过原点,试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________。

正确答案

(1)图“略”

(2)平衡摩擦

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简答题

如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。

(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持___________不变,用钩码所受的重力作为___________,用DIS测小车的加速度。

(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线如图所示。

①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

正确答案

(1)小车的总质量,小车所受外力。

(2)①在质量不变的条件下,加速度与外力成正比。

         ② C

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简答题

小明在实验室采用如图1所示装置探究“物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系”时,设小车及车中的砝码的总质量为M,砂及砂桶的总质量为m.

(1)在做该实验时,小明将砂及砂桶的重力视为绳子对小车的拉力大小,他这样认为的条件是______;

(2)小明做该实验的具体操作步骤如下,以下做法正确的是______

A.平衡摩擦力时,应将砂及砂桶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,再接通打点计时器的电源

D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式a=求出

(3)若保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与所受外力F的关系,由于操作不当,得到的a-F关系图象如图2所示.其原因是______.

正确答案

(1)该实验的研究对象是小车,采用控制变量法研究.当质量一定时,研究小车的加速度和小车所受合力的关系.为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高,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.

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.

(2)A、平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,是小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动.故A错误.

B、每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力.故B正确.

C、实验时,应先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理.故C错误.

D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量,如果用天平测出m以及小车质量M,直接用公式a=求出,这是在直接运用牛顿第二定律计算的,而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系.故D错误.

故选:B.

(3)图2中当盘及盘中砝码质量较大时,a-F图象发生弯曲,这是由于没有保证小车质量远大于盘及盘中砝码质量造成的.

故答案为:(1)m<<M;(2)B;(3)小车质量没有远大于盘及盘中砝码的质量.

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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表中。

(2)根据表中数据,在答题卡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)如图所示

(3)质量一定时,加速度与作用力成正比

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简答题

利用计算机辅助实验系统可定量研究加速度a与作用力F及小车质量m的关系。

(1)当小车质量m一定时,测得小车在不同拉力F作用下运动的加速度a。如表所示

请画出相应的a-F图线,并由此得出结论:________________。

(2)当作用力F一定时,测得小车加速度a与小车质量m的关系。如下表所示。

请根据研究的需要,在表的空格中和图像的横轴中,填上对应的数据和坐标量,然后画出相应的图像,并得出结论:________________________________。

正确答案

(1)质量一定,加速度与外力成正比;图“略”

(2)外力一定,加速度与质量成反比;坐标值为1/m,图“略”

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简答题

光电计时器是一种研究物体运动情况的常见仪器。当有物体从光电门通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用如图甲所示装置探究物体的加速度与合外力、质量关系,其 NQ是水平桌面,PQ是一端带有滑轮的长木板,1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出)。小车上固定着用于挡光的窄片K,测得其宽度为d,让小车从木板的顶端滑下,光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2

(1)该实验中,在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时,保持M >>m,这样做的目的是_________。 

(2)为了计算小车的加速度,除了测量d、t1和t2之外,还需要测量__________,若上述测量量用x表示,则用这些物理量计算加速度的表达式为a =___________;

(3)某位同学经测量、计算获得的数据作出了小车加速度与所受合外力的关系图像(图乙),试指出图线不过原点产生误差的主要原因___________。

正确答案

(1)小车所受合外力大小等于(或约等于)mg

(2)两光电门之间的距离(或“小车由光电门1运动至光电门2所用时间”) 

(或“”)

(3)木板倾角偏小(或“平衡摩擦力不足”或“末完全平衡摩擦力”)

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简答题

“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

小,小,轨道有摩擦

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