高中物理 第四章 牛頓運動定律 2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系分層訓(xùn)練 新人教版必修1

1、2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1如圖所示為某同學(xué)所安裝的“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置，在圖示狀態(tài)下開始做實驗，該同學(xué)的裝置和操作中的主要錯誤是(至少寫出三個錯誤)：(1)_(2)_(3)_解：由圖可知，本實驗存在以下錯誤：長木板右端未墊高以平衡摩擦力(或沒有平衡摩擦力)；錯用了直流電源(或應(yīng)該用交流電)；牽引小車的細(xì)線與板不平行；開始實驗時，小車離滑輪太近(或小車離打點計時器太遠(yuǎn)、牽引小車的細(xì)線太短)；鉤碼不能滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，應(yīng)換用沙桶(只說換用桶不給分，必須說明原因才行)答案：(1)長木板右端未墊高以平衡摩擦力(2)錯用了直流電源(3)牽引小車的細(xì)線與板不平行2“探究加速度

2、與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示圖甲圖乙(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出并標(biāo)出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a_ m/s2.(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力f的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力f/n0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/m·s20.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在如圖所示坐標(biāo)系中作出a

3、f的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的af圖線不通過原點請說明主要原因解析：(1)由題意可知計數(shù)間隔t5t00.1 s.由題圖乙可知x0.16 cm1.6×103 m，由xat2可得a0.16 m/s2.(2)af圖線如圖所示(3)平衡小車與桌面之間的摩擦力后，af圖象仍不通過原點，可能是在計算f時忘記加入砝碼盤的重力，使作出的圖象向左平移造成的 答案：(1)0.16(2)見解析圖(3)計算f時忘記加入砝碼盤的重力3在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，采用如圖所示的裝置圖進(jìn)行實驗：(1)實驗中，需要在木板的右端墊上一個小木塊，其目的_；(2)在實驗操作中，下列說法正確的是_(

4、填序號)a實驗中，若要將砝碼(包括砝碼盤)的重力大小作為小車所受拉力f的大小應(yīng)讓小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼(包括砝碼盤)的重力b實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器的電源c每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度d先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(3)如圖為研究“在外力一定的條件下，小車的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系”時所得的實驗圖象，橫坐標(biāo)m為小車上砝碼的質(zhì)量設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車的質(zhì)量為_解析：(1)實驗時，我們認(rèn)為繩子的拉力是小車受到的合外力，為達(dá)到這個目的，我們先

5、要將帶有滑輪的木板另一端墊起，目的是平衡摩擦力(2)把m、m看成一個整體，根據(jù)牛頓第二定律：mg(mm)a，對m分析可得繩子的拉力為：fma，聯(lián)立解得：fma，知當(dāng)砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量時，滑塊所受的拉力等于砝碼的總重力，所以應(yīng)滿足的條件是砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，故a正確；使用打點計時器時，都應(yīng)該先打開電源，后釋放紙帶，故b錯誤；由于平衡摩擦力之后有mgsin mgcos ，故tan ，與重物的質(zhì)量無關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，故c錯誤；本實驗采用控制變量法，先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，故d正確

6、(3)對小車，根據(jù)牛頓第二定律得：f(mm)a，變形得：m，在m圖象中，圖線的斜率表示，則k，在m圖象中圖象的截距為：b，可得：mfb.答案：(1)平衡摩擦力(2)ad(3)m4為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置其中m為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量(滑輪質(zhì)量不計)()(1)實驗時，一定要進(jìn)行的操作是_a用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量b將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力c小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)d改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶e為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量m(2)該

7、同學(xué)在實驗中得到如圖所示的一條紙帶(兩相鄰計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50 hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)以彈簧測力計的示數(shù)f為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的af圖象是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為_a2tan b.ckd.解析：(1)本題拉力可以由彈簧測力計測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故a、e錯誤；該題是彈簧測力計測出拉力，從而表示小車受到的合外力，故需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，同時保持彈簧測力計及

8、其連接線與長木板平行，故b正確；運用打點計時器時，應(yīng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實驗探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，要記錄彈簧測力計的示數(shù)，故c正確；改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨f變化關(guān)系，故d正確(2)由于兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出，故兩計數(shù)點間的時間間隔為0.06 s，由xat2可得：a m/s21.3 m/s2；(3)根據(jù)牛頓第二定律：2fma，af，對af圖來說，圖象的斜率k，故小車質(zhì)量為m，故a、b、c錯誤，d正確答案：(1)bcd(2)1.3(3)d5.某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系彈簧測力計固定在一合適的木板上，桌面的右

9、邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧測力計的掛鉤和礦泉水瓶連接在桌面上畫出兩條平行線mn、pq，并測出間距d.開始時將木板置于mn處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧測力計的示數(shù)f0，以此表示滑動摩擦力的大小再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧測力計的示數(shù)f1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到pq處的時間t.(1)木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減少測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_.(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧測力計示數(shù)f1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是_(3)(多選)用加水的辦法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是_a可以改變滑動摩擦力的大小b可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)c可以比較精確地測出摩擦力的大小d可以獲得更大的加速度以提高實驗精度解析：(1)由dat2可知a；減少偶然誤差的方法是多次測量取平均值(2)圖象不過原點，剛要運動時，f1f0；隨f1增大，系統(tǒng)加速度增加且趨于重力加速度g，故選c.(3)加水法的優(yōu)點是可以更方便地獲得多組實驗數(shù)據(jù)以及可以較精確地測出滑動摩擦力的大小，故選b、c.答案：