1、实验：探究加速度与力、质量的关系1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,采用如图所示的实验装置。(1)本实验采用的实验方法是()A.控制变量法B.理想实验法C.等效替代法D.实验推理法(2)下列说法中正确的是()A.在探究加速度与质量的关系时,应该改变拉力的大小B.在探究加速度与外力的关系时,应该改变小车的质量C.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者的关系,应作出a -图像D.当小车的质量远小于砝码盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小【解析】(1)选A。该实验是探究加速度与力、质量的关系,研究三者关系必须运用控制变量法,故A正确,B、
2、C、D错误。(2)选C。该实验采用的是控制变量法,即保持一个量不变,研究其他两个量之间的关系,在探究加速度与质量的关系时,应保持拉力的大小不变,故A错误;在探究加速度与外力的关系时,应保持小车的质量不变,故B错误;要直观地反映两个量之间的关系,可以通过作图来解决,但是只有作出一条直线,才可以直观地反映两个变量之间的关系,在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a -图像,故C正确;设小车的质量为M,砝码盘和砝码的质量为m,只有Mm时才可以认为绳对小车的拉力F大小等于盘和盘中砝码的重力mg,故D错误。答案：(1)A(2)C2.用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加
3、速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下：A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B.按图示安装好实验器材C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量E.保持小桶及内部砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值G.作a -M关系图像,并由图像确定a与M的关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是,该步骤应排在步实验之后。(2)在上述步骤中,有错误的是,应把改为。(3)在上述步骤中,处理不恰当的是,应
4、把改为。【解析】实验中把小桶及其中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故在悬挂砂桶前必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上时不能打点,必须接在6V以下交流电压的学生电源上。作a -M关系图像,得到的是双曲线的一支,很难做出正确的判断,必须“化曲为直”,改作a -关系图像。答案：(1)平衡摩擦力B(2)D6V电压的蓄电池6V以下交流电压的学生电源(3)Ga -Ma -3. (1)在探究加速度与力、质量关系的实验中,以下操作正确的是()A.平衡摩擦力时,应将重物用细线通过定滑轮系在小车上B.平衡摩擦力时,应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器C.每次改变小车的质量时,
5、不需要重新平衡摩擦力D.实验时,应先放开小车,后接通电源(2)表中是该实验所记录的部分数据。组别小车质量m/kg受力F/N加速度a/(ms-2)10.50.2520.5031.0041.051.5若利用1、2、3三组数据探究加速度与受力的关系,则2、3组数据中物体的质量分别为、;若利用3、4、5三组数据探究加速度与物体质量的关系,则4、5组数据中物体所受的力分别为、。【解析】(1)平衡摩擦力时,是使小车所受重力沿斜面向下的分力与小车向前运动过程中受到的阻力相等,故应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器,但不需要将重物用细线通过定滑轮系在小车上,所以B对,A错;每次改变小车的质量时,不需要重新平衡
6、摩擦力,C对;实验时,应先接通电源,后放开小车,D错。(2)若用1、2、3三组数据探究加速度与受力的关系,需保持小车的质量一定,即1、2、3三组数据中小车质量相等,都为0.5kg;若利用3、4、5三组数据探究加速度与物体质量的关系,需保持3、4、5三组数据中小车受到的拉力F相等,都为1.00N。答案：(1)B、C(2)0.5kg0.5kg1.00N1.00N4.图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线
7、与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是()A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是()A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g
8、、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g, m=20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)图乙是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=m/s2(结果保留2位有效数字)。【解析】(1)要使细线对小车的拉力等于小车所受的合
9、外力,应将长木板远离定滑轮的一端垫起,使小车所受重力沿木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡,即选项B正确。(2)要使砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小,必须使mM,只有选项C符合这个要求。(3)小车的加速度为a=,其中T=0.1s,代入数据得：a=0.42m/s2。答案：(1)B(2)C(3)0.425.如图为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小,在长木板上相距L=48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器,分别记录小车到达A、B时的速率。(1)实验主要步骤如下：将拉力
10、传感器固定在小车上;平衡摩擦力,让小车在不受拉力时做运动;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;为保证绳子的拉力不变,必须调节滑轮的高度使 。接通电源后自C点释放小车,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB;改变所挂钩码的数量,重复的操作。(2)下表中记录了实验测得的几组数据,-是两个速度传感器记录速率的平方差,则加速度的表达式a=,请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留三位有效数字);次数F/N-/(m2s-2)a/(ms-2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.655
11、3.005.495.72(3)由表中数据,在坐标纸上作出a-F关系图线;(4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线),造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外,还可能是。【解析】(1)平衡摩擦力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动。为保证绳子的拉力不变,细线必须与木板平行。(2)由匀变速直线运动速度与时间的关系-=2aL可得,a=。将-=4.65m2/s2,L=0.48m代入后可得a=4.84m/s2。(3)如图所示(4)由作出的a-F图像可知,当拉力F已经大于0时,小车的加速度仍然为0,故可能的原因是没有完全平衡摩擦力。答案：(1)匀速直线细线与长木板
12、平行(2)4.84(4.834.85之间也算对)(3)见解析(4)没有完全平衡摩擦力6.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ,并测出间距d。开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧测力计的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧测力计的示数F1,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=;为了
13、减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)。(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系。下列图像能表示该同学实验结果的是。(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是。a.可以改变滑动摩擦力的大小b.可以更方便地获取多组实验数据c.可以比较精确地测出摩擦力的大小d.可以获得更大的加速度以提高实验精度【解析】(1)木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,由d=at2可知：a=。为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变,重复实验多次测量d、t,取平均值。(2)该实验原理与教材实验原理类似,同样需要满足木板的质量M远
14、大于矿泉水瓶的质量m,此时可认为绳上的拉力FT近似等于弹簧测力计示数F1。此时可认为F1=mg;本实验中没有平衡摩擦力,但通过题意可知受到的摩擦力为F0,木板受到的合外力为(F1-F0)。图像反映的是a与F1的关系,而不是a与(F1-F0)的关系,所以图像不过原点。当F1增大时,即矿泉水瓶的质量m增大时,该实验不再满足Mm,此时a越大,绳上的拉力FT就越小于矿泉水瓶的重力mg,即弹簧测力计开始加速运动时的示数F1,加速度增加得就越慢,图线弯曲,斜率变小,c正确。(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出滑动摩擦力的大小,b、c说法是正确的。两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小,a说法错误;通过(2)中分析可以知道,当加速度增大时,实验条件便不再满足,此时实验误差变大,d说法错误。答案：(1)保持F1不变,重复实验多次测量d、t,取平均值(2)c(3)b、c