1、实验：探究加速度与力、质量的关系1、某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度 与钩码的质量a的对应关系图,如图乙所示.实验中小车(含发射器)的质量为 200 ,实验时选择了不可伸m g长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题:1.根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系.2.由图乙可知, 图线不经过原点,可能的原因是_.am3.若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力 作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是g_,钩码的质量应
2、满足的条件是_.答案：1.非线性; 2.存在摩擦力; 3.调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力; 远小于小车的质量解析：1.由图象可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系.2.这是探究牛顿第二定律的实验,即是探究小车加速度与钩码质量的关系,所以该实验必须平衡摩擦力,并且要保证钩码的质量远小于小车的质量. 图线不经过原点,在 轴上amm有截距,即挂上小钩码后小车加速度仍为零,可能的原因是存在摩擦力.3.本实验直接以钩码所受重力 作为小车受到的合外力,则应采取的措施是调节轨道的倾mg斜度以平衡摩擦力,钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量.2、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.
3、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的做法是_.A.将不带滑轮的木板一端垫高适当,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.该同学在平衡摩擦力后进行实验,实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填 “大于”、“小于”或“等于”),为了便于探究、减小误差,应使小车质量 m与砝码和盘的总质量 M 满足_的条件.3.在“探究加速度与力、质量关系
4、”的实验中,得到一条打点的纸带,如图所示,已知相邻计数点间的时间间隔为 T,且间距 x1、x 2、x 3、x 4、x 5、x 6已量出,则小车加速度的表达式为a=_.4.在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码质量不变,改变小车质量 m,得到的实验数据如下表:实验次数 1 2 3 4 5小车加速度 a/ms2 0.77 0.38 0.25 0.19 0.16小车质量 m/kg 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00为了验证猜想,请在下列坐标系中作出最能直观反映 a 与 m 之间关系的图象.答案：1.C; 2.小于, Mm3. 456123()()9xxT4.如图所示。3、某同学用图示
5、的实验装置探究加速度与力的关系。他在气垫导轨旁安装了一个光电门,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,力传感B器可直接测出绳中拉力大小,传感器下方悬挂钩码。改变钩码数量,每次都从 处由静止释A放滑块。已知滑块(含遮光条)总质量为 ,导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为 。ML请回答下面相关问题。1.如图,实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为 。某次实验dcm中,由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为 ,由力传感器记录对应的细线拉力大小t为 ,则滑块运动的加速度大小 应表示为 (用题干已知物理量Fa和测得物理量字母表示)。2.下列实验要求中不必要的是( )A.应使
6、滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节至水平D.应使细线与气垫导轨平行答案：1.0.960; 2dLt2.A解析：1.由题图可以看出,卡尺是 20 分度的游标卡尺,其精度为 0.05mm,主尺读数为 9mm,游标尺上第 12 条刻度线与主尺一条刻度线对齐,故测量结杲为9mm+120.05mm=9.60mm=0.960cm。滑块上遮光条通过光电门时的速度可近似为 滑块dvt从静止开始匀加速通过距离 L 获得速度 v;,故其加速度22vdaLt2.由于本实验中直接利用力传感器測出了线上的拉力大小,故对滑块质量与钩码和力传感器的总质量关系无
7、要求,A 选项不必要。遮光条位置与光电门间的距离适当大些.可以减小距离 L 的测量误差及增大遮光条通过光电门时的速度,减小速度测量误差,B 选项有必要。本实验中是将线中拉力当做滑块所受合力,若导轨不水平时,合力应为拉力及重力沿导轨面分力的合力,从面引起系统误差,C 选项有必要。 细线与导轨不平行时,一是线上拉力不等于滑块所受合力.二是滑块运动过程中细线与导轨面间夹角不断变化,导致滑块的运动不是匀变速运动.D 选项有必要。4、某同学设计了一个探究无轮子小车的加速度 a 与小车所受拉力 F 关系的实验,图甲为实验装置简图.(计算结果保留两位小数)1.他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这
8、种做法带来的实验误差,你认为下列说法正确的是( )A.实验时要平衡摩擦力B.实验时不需要平衡摩擦力C.钩码的重力要远小于小车的总重力D.实验进行时应先释放小车再接通电源2.如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带,其中 0,1、2、3、4、5、6 是计数点,相邻计数点间有 4 个点未画出,距离如图所示.则打 2 点时小车的速度为_m/s;该同学计算小车加速度大小为_m/s 2。3.当长木板水平放置时,保持实验小车重量 20N 不变,改变砂和砂桶质量,得到图丙中的图线不过原点.现在要让图线过原点,则长木板与水平桌面的倾角应该调整为 ,则 tan =_.答案：1.AC; 2.0.52; 1.58; 3
9、.0.50 或 1/2解析：1.根据实验原理我们知道,为了让砝码的重力更加接近为小车的合外力,本实验中需要平衡摩擦力和让砝码重力远远小于小车重力,实验时先接通电源后释放小车。故 AC 正确,BD 错误。2. 相邻计数点间有 4 个点未画出, 0.1Ts打 2 点时小车的速度 21324.0591/0.5/.xvmssT小车加速度 223602 2.790.6594.81/.58/3xa smsT 3.长木板水平放置时,实验小车重量 20N,拉力为 10N 时刚要开始运动,Fmg解得 ,0.5平衡摩擦力时,重力沿斜面向下的分量与摩擦力大小相等 ,mgsincos解得 12tan5、在探究“加速度
10、与力和质量的关系”实验时,某老师对传统实验进行了改进,其实验操作如下:如图所示,先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端,调节平板的倾角 ,使小车沿斜面向下做匀速直线运动,测出沙和沙桶的总质量 m;保持平板倾角 不变,去掉沙和沙桶,小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动,通过纸带测量其加速度 a;保持小车质量 M 不变,多次改变沙和沙桶的总质量 m,每次重复两步操作,得到小车加速度与合力的关系;多次改变小车的质量,进行适当的操作,得到小车加速度和质量的关系.1.在上述实验操作过程中,以下说法正确的是( )A.可以用电池盒给打点计时器供电B.应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源C.要保持细绳与平
11、板平行D.应让小车从靠近定滑轮处开始运动2.在操作中若打了一条如下图所示的纸带,已知纸带左端为连接小车处,则应将平板的倾角适当_(选填“增大”或“减小”)些;3.在操作中,小车所受的合力大小等于_(用题中所给定的字母以及重力加速度g 表示);4.在本实验中_(选填“需要”或“不需要”)满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量;在操作中,每次改变小车质量后,_(选填“需要”或“不需要”)重新调节平板的倾角.答案：1.CD; 2.减小; 3.mg; 4.不需要; 需要解析：1.打点计时器使用的是交流电源,A 错误。先接通电源再释放小车,一方面可使打点计时器工作稳定后开始计时减小计时误差, 另一方面可使
12、纸带更有效地记录小车的运动情况,故 B 错误细绳与平板平行时可使小车运动过程中与板面间压力不变,摩擦力不变,保证小车做匀变速运动,C 正确。使小车从靠近定滑轮处开始运动,可使纸带记录更多的实验数据,D 正确。2.纸带的左端连接小车,纸带上先打下的是左边的点,故可知小车做加速运动,表明平板傾角过大,故应适当减小倾角。3.由于步骤中小车匀速运动,沙和沙桶匀速上升, 绳中张力大小等于其重力 mg,当将沙与沙桶去掉后,除绳的拉力外小车所受其他力不变,故小车此时所受合力与去掉的拉力等值反向。4.由于本实验中是将系统匀速运动时沙与沙桶的重力大小作为小车的合力大小,不存在系统误差,故对沙和沙桶的质量与小车质
13、量间关系无要求。由于改变小车质量后仍使合力不变即沙与沙桶质量不变的情况下,小车所受重力与摩擦力发生了改变,若想使系统重新匀速运动,必须改变平板倾角6、如图为“用 DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)探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,改变_,探究加速度和力的关系。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)。分析此图线的 OA 段可得出的实验结论是_。此图线的 AB 段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是_。(填下列选项前的字母)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
14、钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大答案：1.小车总质量; 钩码; 2.质量一定时，物体加速度与所受的外力成正比; C7、为了探究加速度与力、质量的关系,甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实验装置,小车总质量用 M 表示(乙图中 M 包括小车与传感器,丙图中 M 包括小车和与小车固连的滑轮),钩码总质量用 m 表示。1.左图是用图甲装置中打点计时器所打的纸带的一部分,O、A、B、C、D 和 E 为纸带上六个计数点,加速度大小用 a 表示.则 OD 间的距离为_cm.右图是根据实验数据绘出的st2图线(s 为各计数点至同一起点的距离),则加速度大小 a=_m/s2(保留三位有效数字).2.
15、若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和测力计读数相同,通过计算得到小车加速度均为 a,g 为当地重力加速度,则乙、丙两人实验时所用小车总质量之比为_.答案：1.1.20; 0.933; 2.1:28、在探究加速度与力、质量的关系实验中,某组同学用如图 1 所示装置,来研究小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到力的关系。1.图 2 是实验中获取的一条纸带的一部分,其中 0、1、2、3、4 是计数点,每相邻两计数点间还有 4 个点(图中未标出),计数点间的距离如图所示,由纸带求出小车的加速度的大小为a=_m/s2。(计算结,果均保留 2 位有效数字)2.下列措施中正确的是( )A.首先要平
16、衡摩擦力,使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力B.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C.每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力D.实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力3.某组同学由实验得出数据,画出的 的关系图线,如图 3 所示,从图象中可以看出,作1aM用在小车上的恒力 _N。F答案：1.0.05; 2.AD; 3.59、用如图(甲)所示的实验装置来验证牛顿第二定律,为消除摩擦力的影响,实验前必须平衡摩擦力.1.某同学平衡摩擦力时是这样操作的:将小车静止地放在水平长木板上,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,如图(乙)所示,直到小车由静止开始沿木板向下滑动为
17、止.请问这位同学的操作是否正确?如果不正确,应当如何进行?_.2.如果这位同学按 1 中的操作,然后不断改变对小车的拉力 F,他得到 M(小车质量)保持不变情况下的 a-F 图线是图中的_(将选项代号的字母填在横线上).打点计时器使用的交流电频率 f=50Hz.下图是某同学在正确操作下获得的一条纸带,A、B、C、D、E 每两点之间还有 4 个点没有标出.写出用 s1、s 2、s 3、s 4以及 f 来表示小车加速度的计算式:a=_.根据纸带所提供的数据,算得小车的加速度大小为_m/s2(结果保留两位有效数字).答案：1.操作不正确,正确的操作应该为给小车一个初速度,小车能够带动纸带匀速下滑.2
18、.C; ;a=0;60m/s2341()0ssfa10、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:实验次数 小车 拉力 F/N 位移 s/cm 拉力比 位移比甲 0.1 22.3 1 乙 0.2 43.5 0.50 0.51 甲 0.2 29.0 2 乙 0.3 43.0 0.67 0.67 甲 0.3 41.0 3 乙 0.4 55.4 0.75 0.74 试根据该实验的情景,回答下列问题:1.两小车的位移 s 甲 、s 乙 与加速度 a 甲 、a 乙 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_答案：1.2.在小车质量相同的情况下，小车的加速度与合外力成正比3.让两个小车同时运动，同时停车，确保两车的运动时间相等解析：1.由于两车由静止开始运动且运动时间相同,故由 可得21sat2.在实验误差允许范围内,当小车质量保持不变时,由表中数知 sF,则 aF
