• 实验:探究加速度与力、质量的关系
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题型:填空题
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填空题

(1)在“探究加速度与力、质量关系”的实验中,实验装置如图所示,实验中认为小车做匀加速运动的力与小盘和砝码重力相等的条件是:______.

(2)在探究加速度与力的关系时,要保持______不变.

(3)如果a-图象是通过原点的一条直线,则说明______

A.物体的加速度a与质量m成正比       

B.物体的加速度a与质量m成反比

C.物体的质量m与加速度a成正比

D.物体的质量m与加速度a成反比.

正确答案

(1)当小盘和砝码的质量远小于小车的质量时,可以认为认为小车做匀加速运动的力与小盘和砝码重力相等.

(2)在探究加速度与力的关系时,要保持小车质量不变.

(3)由牛顿第二定律可知,a=,当F不变时,加速度a与成正比,a-是一条过原点的直线,

这表明:在F一定时,加速度a与质量m成反比,故B正确;

故答案为:(1)小盘和砝码的质量远小于小车的质量;(2)小车质量;(3)B.

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题型:简答题
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简答题

(1)探究小车加速度与合力、质量关系的实验装置如图甲所示:

①若要探究小车的加速度与合力的关系,应保持______不变,分别改变施加在小车上的拉力F,测出相对应的加速度a.

②把带有滑轮的长木板右端垫高,在没有牵引的情况下让小车拖着纸带以一定的初速度沿木板运动,打点计时器在纸带上打出一系列计时点,如果计时点间距______,就说明摩擦力和小车重力沿木板向下的分力平衡.

③实验过程中,下列做法正确的是______

A.先接通电源,再使纸带运动        B.先使纸带运动,再接通电源

C.将接好纸带的小车停在靠近滑轮处  D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处

④实验中使用50Hz交变电流作电源,在打出的纸带上选择5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间还有4个点没有画出,测量了C点到A点、E点到C点的距离如图乙所示.则C点的速度vC=______m/s,纸带的加速度a=______m/s2.(结果保留三位有效数字)

正确答案

①若要探究小车的加速度与合力的关系,应保持小车质量不变,分别改变施加在小车上的拉力F,测出相对应的加速度a.

②把带有滑轮的长木板右端垫高,在没有牵引的情况下让小车拖着纸带以一定的初速度沿木板运动,打点计时器在纸带上打出一系列计时点,如果计时点间距相等,就说明摩擦力和小车重力沿木板向下的分力平衡.

③实验过程中,放开小车前,小车要靠近打点计时器,要先接通电源,然后再放开小车故AD正确,选AD.

④计数点间的时间间隔t=0.02s×5=0.1s,C点的速度vC===1.07m/s,纸带的加速度a===3.10m/s2

故答案为:①小车质量;②相等;③AD;④1.07;3.10.

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简答题

为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图所示实验装置.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.将不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.将不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

D.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加速运动

(2)某学生在平衡摩擦力时,把长木板的一端垫得过高,使得倾角偏大.他所得到的a-F关系是下列的哪根图线?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,可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______;

(4)图为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为50Hz.根据纸带可求出小车的加速度大小为______m/s2.(结果保留二位有效数字)

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=ma

对M:F=Ma

解得:F==

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.

(4)从图中可以发现:相邻的计数点时间间隔为0.04s

利用匀变速直线运动的推论△x=at2

a===3.2m/s2

故答案为:(1)C

(2)C

(3)m<<M

(4)3.2

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简答题

用如图所示的装置做实验时,小车放在水平桌面上,保持小车的质量不变,测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示。

       

(1)根据表中的数据在图中画出a-F图线;

(2)把图线延长,发现图线不通过原点,其原因是______________________。

正确答案

(1)“略”

(2)实验中遗漏了平衡摩擦力的步骤

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简答题

一组同学利用如图甲的装置研究“质量一定时,加速度与力的关系”.

(1)实验中,如果满足小车(含车上砝码)质量远大于沙桶(含沙)质量,可认为小车受到拉力F等于沙桶及其中沙的总重力,通过分析纸带得到小车运动的加速度a的大小.正确使用电磁打点计时器,打出的某一条纸带如图乙,A、B、C、D、E、F是6个计数点,相邻计数点间还有四个点未标出.利用图中给出的数据可求出小车的加速度a=______m/s2

(2)该组同学利用图甲装置,测得多组小车所受拉力F和加速度a的数据,如下表:

a.根据测得的数据,在丙图中作出a-F图象;

b.由图象可知,小车与长木板之间的最大静摩擦力大小为______N.

正确答案

(1)根据xEF-xAB=4aT2,解得小车的加速度a===0.5m/s2

(2)a-F图线如图所示.

由图线知,当F=0.10N时,物体才开始运动,知最大静摩擦力f=0.10N

故答案为:(1)a=0.5m/s2

(2)a.a-F图象如图所示;b.0.10N.

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填空题

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.

(1)图中的电源插头应插在______电源上,电源电压为______伏;

(2)实验前,要将带有滑轮的木板另一端垫起,目的是______;

(3)实验操做前,应使小车停在______(填“靠近”“远离”)打点计时器处;

(4)设沙桶和沙子的质量为m0,小车质量为m,为了减小实验误差,它们质量应满足m0______m;

(5)电源的频率为50Hz,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)

正确答案

(1)电火花计时器使用电源是220V交流,故填:交流;220

(2)实验时,我们认为绳子的拉力是小车受到的合外力,为达到这个目的,我们要先平衡摩擦力,故填:平衡摩擦力

(3)为了在纸带上打出更多的点,所以实验操做前,应使小车停在靠近打点计时器处,故填:靠近

(4)假设小车的加速度为a,拉力为F:

对沙桶及沙:m0g-F=m0a;对小车:F=ma;

联立得:F=,故只有在m>>m0的情况下近似认为拉力等于m0g,故填:<<

(5)设前两段位移为x1,后两段位移为x2由△x=at2得:

a===3.2m/s2

故答案为:(1)交流;220

(2)平衡摩擦力

(3)靠近

(4)<<

(5)3.2

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简答题

如图甲所示,是用DIS实验系统探究“物体的加速度与力和质量的关系“实验装置.

(1)为了使小车所受的合力等于绳子的拉力,在实验测量前,还需要对实验装置作必要的调整,请你写出该如何调整:______.

(2)保持小车所受拉力不变,改变小车的质量,测得了下表所示的6组数据:

请根据6组数据在乙图中选择合适的坐标作出加速度与质量的关系图线.

(3)如果钩码的重力越来越大时,小车的加速度会无限制地增加吗?请简要回答理由和结论:______.

正确答案

(1)根据实验原理和实验步骤可知,该实验还需倾斜木板以平衡摩擦力.

(2)加速度与质量的关系图线如下图所示:

(3)小车与砝码的加速度大小相同,以砝码为研究对象,其受到绳子的拉力和自身重力作用,根据牛顿第二定律可知其加速度大小小于g,故小车的加速度不可能无限制增大,其大小小于g.

故答案为:(1)倾斜平衡摩擦力           (2)作a-1/m图

(3)对钩码来说合力小于重力,加速度小于重力加速度.

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简答题

(1)甲同学采用如图1所示的装置验证规律:“物体所受合力一定,其加速度与质量成反比”.实验时,打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上.平衡好摩擦力后开始实验.

①该实验要保持配重物体(包括托盘)的重力不变,这种物理方法属于______

A.控制变量法   B.微元法   C.理想化方法    D.极限法

②图2为某次实验得到的纸带,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出.计数点F到计数点O之间的距离为______ cm,相邻计数点之间的时间间隔为T=______s,打点计时器打C点时,小车的速度为______m/s;(小车的速度,结果保留二位有效数字)

③为了测量此次小车运动的加速度a,下面给出的几个计算加速度a的关系式中正确的是______

A.a=   B.a=

C.a=   D.a=

④图3中她已把实验结果标在坐标系中,请根据她的实验结果,求出该实验配重物体(包括托盘)的质量m0=______(取重力加速度g=10m/s2,计算结果保留两位有效数字)

(2)乙同学利用图1的装置验证规律:“物体的质量一定,其加速度与合力成正比”.

①为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响,将不带滑轮的木板一端适当垫高,下面能够使垫高“适当”的是______.

A.使小车在配重拉动下恰好做匀速运动

B.使小车在配重拉动下恰好做匀加速运动

C.在不挂配重的情况下使小车恰好做匀速运动

D.在不挂配重的情况下使小车恰好做匀加速运动

②乙同学保持小车质量不变,改变配重(包括托盘)的重力G,测出小车相应的加速度a后,做出a-G图象如图4所示,已知三个坐标值a0、a1、G1,则下列判断中正确的是______.

A.图象不过坐标原点,是由于垫高过大

B.图象不过坐标原点,是配重(包括托盘)的重力G过大

C.小车加速度a1可能是12m/s2

D.可以求出小车的质量.

正确答案

(1)①该实验要保持配重物体(包括托盘)的重力不变,这种物理方法属于控制变量法,故选A.

②图2为某次实验得到的纸带,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出.计数点F到计数点O之间的距离为9.40 cm,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出,

相邻计数点之间的时间间隔为T=0.1s

中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度:

vC==0.16m/s

③根据△x=aT2

A、a=,故A错误

B.a=故B正确

C.a=   故C正确

D.a= 故D正确

故选BCD.

④根据F=Ma得

a=,所以a-的图象的斜率k=F

根据图象解得F=4.5N

根据实验原理,小车的合力就是配重物体(包括托盘)的重力,即m0=4.5×10-2

(2)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.

②A、图中没有拉力时就产生了加速度,说明平衡摩擦力时木板倾角过大.即垫高过大,故A正确,B错误

C、以整体为研究对象有mg=(m+M)a

a=<g,故C错误

D、根据a=•F

所以a-G图象的斜率就是小车的质量的倒数,故D正确

故选AD.

故答案为:(1)①A  ②9.40,0.1,0.16③BCD,④4.5×10-2㎏(4.3×10-2㎏~4.7×10-2㎏均给分)

(2)①C ②AD

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简答题

由牛顿第二定律可知:在质量一定的情况下,物体的加速度与物体受到的合外力成正比.我们在做“物体的加速度与作用力关系”的探究实验时,用得到的实验数据画出的图象如图所示.根据图象回答:

(1)你认为造成图中直线不过坐标原点的原因是______.

(2)利用这个图象,______(填“能”或“不能”)得出实验时小车的总质量.

如选填“能”,则小车的总质量为______kg.

如选填“不能”,则简述原因:

正确答案

(1)从上图中发现直线没过原点,当F≠0时,a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0处于静止,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.

所以造成图中直线不过坐标原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.

(2)根据a-F图象从数学角度可得函数表达式为:a=kF-b

造成图中直线不过坐标原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.

可以求出a-F图线的斜率即物体的质量,

所以m=k=0.40kg

故答案是:(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

(2)0.40

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简答题

某同学在实验中保持拉力不变,得到了小车加速度随质量变化的一组数据,如下表所示,请你在如图所示的方格纸上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。 

       

正确答案

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