2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

2實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課后·訓(xùn)練提升1.在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,某組同學(xué)使用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)該小組同學(xué)實(shí)驗(yàn)前先平衡摩擦力,關(guān)于平衡摩擦力,下列說(shuō)法正確的是。

A.應(yīng)將小車前的細(xì)線連接好,并在滑輪上掛上重物,改變墊塊的高度,輕推小車,使小車恰能勻速運(yùn)動(dòng)B.應(yīng)取下小車前的細(xì)線,裝上紙帶,改變墊塊的高度,打開電源,輕推小車,使小車恰能勻速運(yùn)動(dòng)C.每次改變小車受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力(2)實(shí)驗(yàn)中為使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F等于小車受到的合力,(選填“需要”或“不需要”)重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量。

(3)安裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)裝置后,該組同學(xué)保持小車和車上砝碼的總質(zhì)量m'不變,改變重物的質(zhì)量,探究加速度與力的關(guān)系。多次實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù),畫出a-F圖像如圖乙所示,那么該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題可能是。

A.實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力過(guò)度B.所掛重物的質(zhì)量過(guò)大C.實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量發(fā)生變化(4)在探究加速度與力的關(guān)系之后,該小組同學(xué)保持彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變,改變車上砝碼的質(zhì)量,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,多次實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)后,為了直觀判斷二者間的關(guān)系,下列做法、判斷及結(jié)論正確的是。

A.作出a-m'圖像,若圖像為雙曲線的一支,則說(shuō)明當(dāng)力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成正比B.作出a-m'圖像,若圖像為過(guò)原點(diǎn)的直線,則說(shuō)明當(dāng)力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比C.作出a-1m'圖像,若圖像為雙曲線的一支,則說(shuō)明當(dāng)力一定時(shí)D.作出a-1m'圖像,若圖像為過(guò)原點(diǎn)的直線,則說(shuō)明當(dāng)力一定時(shí)答案(1)B(2)不需要(3)A(4)D解析(1)平衡摩擦力時(shí)要取下小車前的細(xì)繩,墊高平板右端,讓小車在平板上能做勻速直線運(yùn)動(dòng),這樣小車重力的下滑分力與摩擦力抵消。一次平衡完成后,當(dāng)改變小車的質(zhì)量時(shí)由于重力的下滑分力與摩擦力均同比例變化,所以不需另外重新平衡,選項(xiàng)B正確,A、C錯(cuò)誤。(2)彈簧測(cè)力計(jì)與細(xì)繩串聯(lián)在一起,所以任何情況下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)都等于拉力,所以不必滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及小車上砝碼的總質(zhì)量。(3)畫出的a-F圖像不過(guò)原點(diǎn),在縱軸上有截距,即F=0時(shí),小車就有了加速度,所以是平板太陡了,平衡摩擦力過(guò)度,小車的質(zhì)量和鉤碼的質(zhì)量并不影響縱軸上的截距,選項(xiàng)A正確。(4)若作出的a-m'圖像是雙曲線,則說(shuō)明F一定時(shí),a與質(zhì)量成反比?；蛘呷糇鞒龅腶-1m'圖像是過(guò)原點(diǎn)的直線,則說(shuō)明力一定時(shí),a與質(zhì)量成反比,選項(xiàng)2.如圖所示,小明同學(xué)利用拉力傳感器和速度傳感器探究加速度與物體受力的關(guān)系。在長(zhǎng)木板上相距為l的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器,分別記錄小車到達(dá)A、B時(shí)的速率。實(shí)驗(yàn)中使用的小車及拉力傳感器總質(zhì)量約為200g,每個(gè)鉤碼的質(zhì)量約為50g。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:①調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜角度,平衡小車受到的摩擦力;②按住小車,讀出拉力傳感器的讀數(shù)F;③釋放小車,讓小車依次經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)處的速度傳感器,記錄速度vA和vB,并計(jì)算出小車加速度a;④增加鉤碼數(shù)量,重復(fù)步驟②③,得到多組數(shù)據(jù),并作出a-F圖像。(1)步驟①中平衡摩擦力的具體做法是。

A.不掛鉤碼,逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使靜止的小車開始運(yùn)動(dòng)B.掛上鉤碼,逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在木板上保持靜止C.不掛鉤碼,調(diào)節(jié)木板到一定的傾斜程度,輕輕推動(dòng)小車,使小車經(jīng)過(guò)兩個(gè)速度傳感器時(shí)速度相同D.掛上鉤碼,調(diào)節(jié)木板到一定的傾斜程度,輕輕推動(dòng)小車,使小車經(jīng)過(guò)兩個(gè)速度傳感器時(shí)速度相同(2)步驟③中小車加速度a=(請(qǐng)用題中符號(hào)表示)。

(3)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)作出的a-F圖像最接近。

答案(1)C(2)vB2解析(1)使小車經(jīng)過(guò)兩個(gè)速度傳感器時(shí)速度相同,說(shuō)明小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),處于平衡狀態(tài),重力沿斜面向下的分力等于摩擦力,平衡了摩擦力,選項(xiàng)C正確。(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與速度公式vB2-vA2=2(3)已平衡摩擦力,小車所受拉力由拉力傳感器直接測(cè)出,加速度和F滿足線性關(guān)系,由分析得選項(xiàng)A正確。3.某組同學(xué)做了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖,A為小車,B為電火花計(jì)時(shí)器,C為裝有細(xì)砂的小桶,D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板,實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車的拉力F等于細(xì)砂和小桶的總重力,小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。甲(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)的速度為m/s,小車的加速度大小為m/s2。(均保留2位有效數(shù)字)

乙(2)在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí),某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了描點(diǎn),但尚未完成圖線,如圖丙所示。請(qǐng)繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖線。丙丁(3)在探究加速度a與合力F的關(guān)系時(shí),該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖丁所示,該圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),試分析原因。

答案(1)1.63.2(2)見解析圖(3)實(shí)驗(yàn)前平衡摩擦力過(guò)度解析(1)AC這段位移的平均速度等于AC這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,即B點(diǎn)的瞬時(shí)速度,故vB=xAB+xBC4T=(6.19+6由逐差法求解小車的加速度a=(xCD+xDE)-(xAB+xBC)((2)根據(jù)坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線,連接時(shí)應(yīng)使直線過(guò)盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱地分布在直線的兩側(cè),離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù),不予考慮,連線如圖所示。(3)圖線在縱軸上有截距,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)前平衡摩擦力過(guò)度。4.某同學(xué)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖,如圖乙所示。實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到?；卮鹣铝袉?wèn)題:甲乙(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖乙可知,a-m圖線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn),可能的原因是。

(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是,鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是。答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量解析(1)由題圖乙可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系。(2)a-m圖線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn),在m軸上有截距,即掛上鉤碼后小車加速度仍為零,可能的原因是存在摩擦力。(3)本實(shí)驗(yàn)直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則應(yīng)采取的措施是調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力,鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。5.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)在平衡小車與長(zhǎng)木板之間摩擦力的過(guò)程中,打出了一條紙帶如圖乙所示。計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s,從比較清晰的點(diǎn)起,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量并標(biāo)出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)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(gè)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(gè)砝碼添加到砝碼盤中,測(cè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s-2)0.691.181.662.182.70請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖所示坐標(biāo)系中作出a-F的關(guān)系圖像。(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a-F圖線不通過(guò)原點(diǎn),主要原因是

。

答案(1)0.16(2)見解析圖(3)計(jì)