實驗四　探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

實驗四探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1.(1)如圖甲所示的裝置即可以做實驗A“研究勻變速直線運動速度與時間關(guān)系”,又可以做實驗B“探究加速度和力及質(zhì)量的關(guān)系”,以上兩個實驗中必須平衡摩擦力的實驗是實驗B(選填“實驗A”或“實驗B”).

(2)如圖乙是紙帶穿過打點計時器的兩種穿法,比較合理的穿法是B(選填“A”或“B”).

(3)在“探究加速度和力及質(zhì)量的關(guān)系”實驗中打出的一條紙帶的部分實驗數(shù)據(jù)如圖丙所示,相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出.所用電源頻率為50Hz,由該紙帶可求小車的加速度大小a=0.38m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)

(4)有人在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時,采用了如圖丁的拓展方案,其實驗操作步驟如下:①掛上托盤和砝碼,調(diào)節(jié)木板的傾角(θ為木板傾斜角),使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑;②取下托盤和砝碼,測出其總質(zhì)量為m,讓小車沿木板下滑,測出加速度a;③改變砝碼質(zhì)量和木板傾角,多次測量,通過作圖可得到a-F的關(guān)系.則該實驗方案中的F應(yīng)該為A(填選項前的字母,重力加速度為g).

A.mg B.MgC.Mgsinθ D.Mgsinθ-mg[解析](1)實驗A:探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗中,小車是否受到摩擦阻力,對研究速度與時間的關(guān)系,沒有影響,故不需要平衡摩擦力;實驗B:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中,要使細繩的拉力等于合外力,必須平衡摩擦力.(2)根據(jù)實驗操作要求,紙帶應(yīng)該從復(fù)寫紙的下面穿過去,故比較合理的穿法是B.(3)根據(jù)逐差法公式Δx=aT2,可知a=xCE-xAC4T2(4)由圖丁,掛上托盤和砝碼,調(diào)節(jié)木板的傾角,使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑,則Mgsinθ=mg+Ff,取下托盤和砝碼后,小車所受的合力F=Mgsinθ-Ff=mg,故A正確,B、C、D錯誤.2.在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗中,做如下探究:(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系,如利用如圖所示裝置進行對比實驗.兩小車放在水平板上,前端通過鉤碼牽引,后端各系一條細線,用板擦把兩條細線按在桌上,使小車靜止.抬起板擦,小車同時運動,一段時間后按下板擦,小車同時停下.對比兩小車的位移,可知加速度與質(zhì)量大致成反比.關(guān)于實驗條件,下列說法正確的是B(選填選項前的字母).

A.小車質(zhì)量相同,鉤碼質(zhì)量不同B.小車質(zhì)量不同,鉤碼質(zhì)量相同C.小車質(zhì)量不同,鉤碼質(zhì)量不同(2)某同學(xué)為了定量驗證(1)中得到的初步關(guān)系,設(shè)計實驗并得到小車加速度a與質(zhì)量M的7組實驗數(shù)據(jù),如下表所示.在如圖所示的坐標紙上已經(jīng)描好了6組數(shù)據(jù)點,請將余下的一組數(shù)據(jù)描在坐標紙上,并作出a-1M圖像次數(shù)1234567a/(m·s-2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度與力的關(guān)系實驗之前,需要思考如何測“力”.請在圖中畫出小車受力的示意圖.為了簡化“力”的測量,下列說法正確的是AD(選填選項前的字母).

A.使小車沿傾角合適的斜面運動,小車受力可等效為只受繩的拉力B.若斜面傾角過大,小車所受合力將小于繩的拉力C.無論小車運動的加速度多大,砂和桶的重力大小都等于繩的拉力大小D.讓小車的運動趨近于勻速運動,砂和桶的重力大小才近似等于繩的拉力大小[解析](1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)該控制合力一定(即鉤碼的質(zhì)量一定),改變小車的質(zhì)量的大小,故A、C錯誤,B正確.(2)根據(jù)圖乙中的點可知少第4組數(shù)據(jù)點,即M=0.4kg,1M=10.4kg-1=2.5kg-1,點跡如圖,(3)小車受力的示意圖如圖所示.使小車沿傾角合適的斜面運動,小車所受重力沿斜面的分力大小剛好等于小車所受的摩擦力,則小車受力可等效為只受繩的拉力,故A正確;若斜面傾角過大,重力沿斜面的分力大于摩擦力,小車所受合力將大于繩的拉力,不利于簡化“力”的測量,故B錯誤;由牛頓第二定律可知,無論小車運動的加速度多大,砂和桶的重力都大于繩的拉力,故C錯誤;以砂和砂桶與小車的整體為研究對象,則有a=mgm+M,當m?M時,a趨近等于零,即讓小車的運動趨近于勻速運動,砂和桶的重力大小才近似等于繩的拉力大小,故3.某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證物體的加速度與合力間的關(guān)系,所用器材包括:氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等.實驗步驟如下:(1)開動氣泵,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,輕推滑塊,當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間相等時,可認為氣墊導(dǎo)軌水平;(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2;(3)用細線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接,并讓細線水平拉動滑塊;(4)讓滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊開始運動,和計算機連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間Δt1、Δt2及遮光片從A運動到B所用的時間t12,則滑塊加速度的大小為a=

d(Δt1-(5)在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中,系統(tǒng)所受合力的大小F=m1g.(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)

(6)若實驗數(shù)據(jù)滿足Fa=m1+m2,則表明系統(tǒng)質(zhì)量一定時,加速度