• 实验:探究加速度与力、质量的关系
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填空题

如图(a)为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板.在实验中细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重力,小车运动加速度a可用纸带上的点求得.

(1)关于该实验,下列说法中正确的是______.

A.砝码和小桶的总重力要远小于小车的重力

B.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

C.电火花计时器使用交流电源

D.木板D的左端被垫高后,图中细线应保持水平

(2)图(b)是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据完成表格中空白处.

由纸带求出小车的加速度a=______ m/s2  (加速度a保留2位有效数字)

(3)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变小车质量m,分别测得小车的加速度a与对应的质量m数据如下表:

利用上表数据,在坐标纸中选择合适物理量为坐标轴建立坐标系,作出直观反映a与m关系的图象.

______

(4)上题中该小车受到的拉力F为______N.

正确答案

(1)A、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.那么小车的合力怎么改变和测量呢?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.

设小车的质量为M,砝码和小桶的质量为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,即当砝码和小桶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小桶的总重力.

故A、B正确.

C、电火花和电磁计时器都使用交流电源.故C正确.

D、木板D的左端被垫高后,如果细线应保持水平,那么小车的合力就不等于绳子的拉力.小车的合力就不能正确测量.故D错误.

(2)每相邻两计数点间还有4个打点,说明相邻的计数点时间间隔为0.1s.

根据匀变速直线运动规律知道3点的瞬时速度等于2点到4点的平均速度.

v3==m/s=0.264m/s

选一段过程运用加速度公式:a==0.50m/s2

(3)直观反映两个物理量的关系是要找出这两个量的线性关系,即画出直线图象.见图

(4)根据牛顿第二定律:F=ma得出:

上题中该小车受到的拉力F为0.5N.

故答案是:(1)选ABC.

(2)0.264,0.5

(3)见上图

(4)0.5

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填空题

在验证牛顿第二定律的实验中:

(1)某组同学用如图(甲)所示装置,采用控制变量的方法,来研究小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到的力的关系,下列措施中不需要和不正确的是______

①首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力

②平衡摩擦力的方法就是,在塑料小桶中添加砝码,使小车能匀速滑动

③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力    

④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力

⑤实验中应先放小车,然后再开打点计时器的电源    

A.①③⑤B②③⑤C③④⑤D②④⑤

(2)某组同学实验得出数据,画出a-F图如图(乙)所示,那么该组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.

正确答案

(1)①实验时首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力;

②平衡摩擦力的方法就是,小车与纸带相连,小车前面不挂小桶,把小车放在斜面上给小车一个初速度,看小车能否做匀速直线运动;

③每次改变拉小车的拉力后都不需要重新平衡摩擦力;    

④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力是正确的;

⑤实验中应先接通电源,后放开小车;

由此可见:①④正确,②③⑤错误,故选B.

(2)由图象可知,a-F图象在a轴上有截距,这是由于平衡摩擦力过度造成的.故选B.

故答案为:(1)B;(2)B.

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在探究“加速度与力、质量的关系”的活动中:

(1)某同学在接通电源进行实验之前,实验器材的组装情况如图甲所示.请你指出该装置中存在的错误或不妥之处:

①______.

②______.

③______.

(2)该同学在实验中保持拉力不变,得到了小车的加速度随质量变化的一组数据,如下表所示.请你在图乙坐标纸中建立合适的坐标并画出能直观反映出加速度与质量关系的图象.

(3)保持小车的质量不变,改变小盘中砝码的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图象如图丙所示.该图象不通过坐标原点,其主要原因是______.

正确答案

(1)打点计时器不应使用干电池,应使用交流电源;实验中没有平衡小车的摩擦力;小车初始位置离打点计时器太远.

(2)在合外力保持不变时,物体的加速度与物体的质量成反比;

故作出加速度与小车质量倒数的关系图象,如图所示;

(3)从图象可以看出当有了一定的拉力F时,小车的加速度仍然是零,小车没动说明小车的合力仍然是零,即小车还受到摩擦力的作用,说明摩擦力还没有平衡掉,或者是平衡摩擦力了但是平衡的还不够,没有完全平衡掉摩擦力,所以图线不通过坐标原点的原因是实验前该同学未平衡(或未完全平衡)摩擦力.

故答案为:(1)①打点计时器不应使用干电池,应使用交流电源;

②实验中没有平衡小车的摩擦力;

③小车初始位置离打点计时器太远;

(2)如图所示;

(3)实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分;

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如图所示,某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图,A为小车,B为电磁打点计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,在实验中细绳对小车拉力F近似等于砝码和小桶的总重力,小车运动加速度a可用纸带上的点求得

(1)关于该实验,下列说法中不正确的是______.

A.本实验采用了控制变量的方法进行探究

B.通过作v-t图象求加速度,可以更好地减小误差

C.电磁打点计时器使用低压(一般为4-6V)直流电源

D.为减少小车受到的摩擦力对实验的影响,可以把木板D的右端适当垫高

(2)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变小车质量m,分别测得小车的加速度a与对应的质量m数据如下表:

根据上表数据,为进一步直观反映F不变时a与m的关系,选小车质量的倒数m-1/kg-1为横坐标,小车的加速度a/(m•s-2)为纵坐标建立坐标系,在答卷纸上画出图象

(3)请你根据你所画的图象求出该小车受到的拉力大小F为______N.

正确答案

(1)A、根据F=ma可得a=,故当物体的质量m一定时,物体的加速度a与物体所受的合外力F成正比;当物体所受的合外力F一定时,物体的加速度a与物体的质量成反比.故由于a与m及F都有关,只能采用控制变量法.故A正确.

B、若通过作v-t图象求a,可以减小由于测量所造成的偶然误差,可以筛选出测量错误的数据,故B正确.

C、电磁打点计时器使用低压(一般为4-6V)交流电源,故C错误;

D、为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响,可以把木板的右端适当垫高,使重力沿斜面方向的分力等于物体所受的斜面的摩擦力,故D正确.

本题选不正确的,故选C

(2)根据描点作图法画出图象,如图所示;

(3)由a=得,图象的斜率表示拉力F,则F==0.5N

故答案为:(1)C;(2)如图所示;(3)0.5

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填空题

光电门传感器也是一种研究物体运动情况的计时仪器,现利用图甲所示装置设计一个“验证物体产生的加速度与合外力、质量关系”的实验,图中NO是水平桌面,PO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.小车上固定着用于挡光的窄片,让小车从木板的顶端滑下,光电门连接数据采集器,并把数据采集器和计算机连接,打开软件.

①该实验中,为了探究a与F 关系,必须使用的物理方法是______.

②已知窄片的宽度为d,计算机显示的光电门1、2的挡光时间分别为t1、t2.用米尺测量光电门间距为L(L远大于d),则小车的加速度表达式a=______(用题中所给的字母表示).

③有位同学通过测量,作出a-F图线,如图乙中的实线所示.试分析:乙中图线不通过坐标原点的原因是______;

乙中图线上部弯曲的原因是______.

正确答案

①在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时,由于变量较多,因此采用了“控制变量法”进行研究.探究a与F关系时,保持小车的质量m一定,研究a与F的关系.

②由于窄片K的宽度为d很小,因此可以利用其平均速度代替物体的瞬时速度,

故窄片K通过光电门1的速度表达式为:v1=

窄片K通过光电门2的速度表达式:v2=

根据运动学公式:v2-v02=2ax有:

a==(-)

③根据乙图可知,当没有挂砂和砂桶时,小车产生了加速度,因此说明平衡摩擦力时木板倾角太大;随着F的增大,即砂和砂桶质量的增大,不在满足砂和砂桶远小于小车的质量,因此曲线上部出现弯曲现象.

故答案分别为:

①控制变量法

②a=(-)

③平衡摩擦力时木板倾角太大,没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量.

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填空题

在“探究加速度与力、质量的关系”实验中.

(1)为了探究加速度与质量的关系,应保持______ 不变;为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系,应作______ (选填“a-m”或“a-”)图象.

(2)在探究加速度与质量的关系实验中,下列做法正确的是______.

A.平衡摩擦力时,应将装沙的小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,再接通打点计时器电源

D.小车运动的加速度可从天平测出装沙小桶和沙的质量(M′与m′)以及小车质量M,直接用公式a=g求出.

正确答案

(1)为了探究加速度与质量的关系,应保持外力不变;

为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系,应作应作出直线图形.探究加速度与质量的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a- 图象.

(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.

故答案为:(1)外力,a-

(2)B

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在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车(如图1)“在质量一定的情况下,加速度和作用力的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”.

(1)这种研究物理问题的科学方法是______

A.建立理想模型的方法    B.控制变量法    C.等效替代法    D.类比法

(2)研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时,下列说法中正确的是______

A.平衡摩擦力时,应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上

B.每次改变小车质量时,都要重新平衡摩擦力

C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源

D.在小车中增减砝码,应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量

(3)实验中得到一条纸带,如图2所示,从比较清晰的点起,每5个计时点取一个计数点,分别标明0、l、2、3、4…,量得0与 1两点间距离x1=30mm,1与2两点间距离x2=36mm,2与3两点间距离x3=42mm,3与4两点间的距离x4=48mm,则小车在打计数点2时的瞬时速度为______ m/s,小车的加速度计算表达式为______.

(4)该同学通过数据的处理作出了a-F图象,如图3所示,则图中的不过原点的原因是______.

正确答案

(1)本实验探究一个物理量与另外两个物理量的关系,需采用控制变量法进行研究.

(2)A、平衡摩擦力时,将小车所受的阻力和纸带所受的阻力平衡掉,不需将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上.故A错误.

B、改变小车质量时,不需重新平衡摩擦力.故B错误.

C、实验时,应先接通打点计时器,再释放小车.故C错误.

D、在小车中增减砝码,应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量,保证砂和小桶的总重力近似等于小车所受的合力.故D正确.

故选D.

(3)计数点2的瞬时速度等于1、3间的平均速度,即v2==m/s=0.39m/s.因为连续相等时间内的位移之差是一恒量,根据△x=aT2得,a=

=m/s2=0.6m/s2

(4)当拉力为零时,物体已具有加速度,可知木板的倾角过大,即平衡摩擦力过度.

故答案为:B,D,0.39,0.6,平衡摩擦力过度.

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填空题

在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中:

某同学设计了如图a的实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为砂桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F等于砂桶和砂的总重量,

(1)图b是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据完成表格中空白处

(2)由(1)中的数据在图c中作出速度-时间图象并由图象求出小车的加速度

a=______ m/s2  (保留3位有效数字)

(3)在“探究加速度与力的关系”时,保持小车的质量不变,改变砂和砂桶的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图d,则

①图中的直线不过原点的原因是______.

②图中的力F理论上指______,而实验中却用______表示.(选填字母符号)

A.砂和砂桶的重力      B.绳对小车的拉力

③此图中直线发生弯曲的原因是______.

正确答案

(1)每相邻两计数点间还有4个打点,说明相邻的计数点时间间隔为0.1s.

根据匀变速直线运动规律知道3点的瞬时速度等于2点到4点的平均速度.

v3==m/s=0.264m/s

(2 ) 作图

运用加速度公式:a===0.496m/s2

(3)①从上d图中发现直线没过原点,当F=0时,a>0.也就是说当绳子上没有拉力时小车还有加速度,说明小车的摩擦力小于重力沿斜面向下的分力.该组同学实验操作中平衡摩擦力过大

②.根据对小车受力分析,图中的力F理论上指绳对小车的拉力,而实验中当砂和小桶的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于砂和小桶的总重力.所以用砂和砂桶的重力表示.

③从图象上可以看出:F从0开始增加,砂和砂桶的质量远小于车的质量,慢慢的砂和砂桶的重力在增加,那么在后面

砂和砂桶的质量就没有远小于车的质量呢,那么绳子的拉力与砂和砂桶的总重力就相大呢.

所以原因是砂和砂桶的质量没有远小于车的质量.

故答案为:(1)0.264,

(2)0.496

(3)①平衡摩擦力过大

②B,A

③砂和砂桶的质量没有远小于车的质量.

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填空题

在《探究加速度与合力、质量的关系》的实验中:

(1)实验前,先在长木板下面远离定滑轮的一端垫上小木块,并做适当调整,使放在长木板上的小车恰好做匀速直线运动,然后才开始实验,这样的目的是______.

(2)某同学根据实验数据画出a-F图线,如图所示.图线的延长线没有过坐标原点,可能原因是______.

正确答案

(1)实验前,先在长木板下面远离定滑轮的一端垫上小木块,并做适当调整,

使放在长木板上的小车恰好做匀速直线运动,然后才开始实验,这样的目的是平衡小车受到的摩擦力.

(2)由图示a-F图象可知,图线不过原点,在F轴上有截距,这说明当拉力大到一定程度时,

小车所受合力才不为零,才有加速度,这可能是:没有平衡摩擦力或平衡不足造成的.

故答案为:(1)平衡摩擦力;(2)没有平衡摩擦力或平衡不足.

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某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置,通过改变重物的质量,利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象.他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图(b)所示.滑块和位移传感器发射部分的总质量m=______kg;滑块和轨道间的动摩擦因数μ=______(重力加速度g取10m/s2

正确答案

根据F=ma得a=

所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数.

由图形b得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k=2,所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m=0.5Kg 

由图形b得,在水平轨道上F=1N时,加速度a=0,

根据牛顿第二定律得F-μmg=0

解得μ=0.2

故答案为:0.5,0.2

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