1、课时训练17实验:探究加速度与力、质量的关系题组一实验原理1.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是()A.建立理想模型的方法B.控制变量法C.等效替代法D.类比法解析:研究三个或三个以上物理量间的关系时通常采用控制变量法。答案:B2.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法正确的是()A.平衡摩擦力时,小盘应用细线通过定滑轮系在小车上,但小盘内不能装钩码B.实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于钩码和小盘
2、的质量C.实验中如用纵坐标表示加速度,用横坐标表示小车和车内砝码的总质量,描出相应的点在一条直线上时,即可证明加速度与质量成反比D.平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力解析:平衡摩擦力是通过调节长木板倾角来实现的,与小盘和钩码无关,故选项A错误;要使小盘和钩码的总重力代替小车受到的拉力就必须满足选项B,故选项B正确;绘图时,纵坐标表示加速度、横坐标表示小车及车内砝码的总质量的倒数,描出相应的点在一条直线上时,才可证明加速度与质量成反比,故选项C错误;纸带与打点计时器之间的摩擦力会带来误差,应尽可能减少,故选项D正确。答案:BD题组二实验数据处理3.在探究“加速度
3、与力、质量的关系”的实验中:(1)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装,如图所示。请你指出该装置中错误或不妥之处:。(2)改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验,如图是他在实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可算得小车的加速度为m/s2。解析:(1)打点计时器必须使用交流电源,不能使用干电池;为保证细绳对小车的拉力即为小车受的合外力,实验前必须平衡摩擦力,该装置没有平衡摩擦力;为了在纸带上打下更多的点,实验开始时小车的初始位置离打点计时器不可太远。(2)加速度可用逐差法求出a=0.185 m/s2。答案:(1)打点计时器不应使用干电池,应使用交
4、流电源;实验中没有平衡小车的摩擦力;小车的初始位置离打点计时器太远(2)0.1854.某同学测得一物体m一定时,a与F的关系的有关数据资料如下表。a/(ms-2)1.984.065.958.12F/N2.004.006.008.00(1)根据表中数据,画出a-F图象。(2)从图象可以判定:当m一定时,a与F的关系为。解析:若a与F成正比,则图象是一条过原点的直线。同时因实验中不可避免地出现误差,则在误差范围内图线是一条过原点的直线即可。连线时应使直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错误数据,不予考虑。答案:(1)a-F图象如解析图所示(2)成正比关系
5、题组三实验步骤和误差分析5.“验证牛顿运动定律”的实验,主要的步骤有:A.将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上,取两个质量相等的小车,放在光滑的水平长木板上;B.打开夹子,让两个小车同时从静止开始运动,小车运动一段距离后,夹上夹子,让它们同时停下来,用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小;C.分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系,从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系;D.在小车的后端也分别系上细绳,用一只夹子夹住这两根细绳;E.在小车的前端分别系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘内分别放着数目不等的砝码,
6、使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量,分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量。上述实验步骤,正确的排列顺序是。解析:此题考查的是实验步骤,对于实验的一些常识,必须牢记于心,结合本实验的实验步骤,不难排列出正确的顺序。答案:AEDBC6.如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时,已接通电源正要释放纸带时的情况,请你指出该同学的五个错误:(1)电源:;(2)电磁打点计时器位置:;(3)滑轮位置:;(4)小车位置:;(5)长木板:。解析:探究加速度与力、质量的关系时,电磁打点计时器应使用低压(6 V以下)交流电源,且要固定在长木板无滑轮的一端,即应靠右端;释放纸带时小车应靠近打点计时器
7、;连接小车的细绳应与木板平行,故应调节滑轮位置使细绳与木板平行;实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿斜面方向的分力与小车所受摩擦力平衡,故应适当垫高长木板右端平衡摩擦力。答案:(1)应用6 V以下交流电源(2)应固定在木板右端(3)应使绳与木板平行(4)应靠近打点计时器(5)应适当垫高右端平衡摩擦力(建议用时:30分钟)1.(多选)通过对生活经验的分析,你可以猜想,在质量相同的情况下,加速度a与作用力F的关系可能是()A.a与F成正比B.a与F成反比C.a随着F的增大而增大D.a随着F的增大而减小解析:本题考查的是一种处理物理问题的方法,也就是根据生活中的物理现象,凭已有经验,结合一定的理论依
8、据进行猜想。由生活经验知a与F成正比,随着外力F的增大而增大。故选A、C。答案:AC2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,当作用力一定时(小盘和砝码的重力不变),探究加速度与质量的关系,以下说法中正确的是()A.平衡摩擦力时,应将小盘和砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源D.小车运动的加速度可用天平测出小车的质量m和小盘与砝码的总质量m0,直接用公式a=g求出解析:在平衡摩擦力时,不应将小盘和砝码用细绳通过定滑轮连在小车上,而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置,使小车能在长木板上带着
9、纸带匀速下滑即可,故选项A错误,选项B正确;操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车,故选项C错误;牛顿第二定律是本实验要达到的目标,不能把它作为理论依据来计算加速度,其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出,故选项D错误。答案:B3.在“探究物体的加速度与力、质量的关系”时,下列说法中正确的是()A.同时测出物体的质量、加速度和力,能容易发现三者之间的关系B.保持物体的质量不变,一定要测出加速度的数值,才能找出加速度与力的关系C.可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系D.如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线,则加速度与力成正比解析:判断三个量之间的关系时,应保持一个量不变,
10、来探究另两个量之间的关系,即采取控制变量法,A错;本实验只是探究两个量之间的关系,只要找到二者之间的比例关系即可,不一定要测出加速度的具体数值,B错;自由落体运动加速度恒为g,不随质量而变化,C错。答案:D4.(多选)在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时()A.应使砂子和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量,以减小实验误差B.可以用天平测出小桶和砂子的总质量m1、小车和砝码的总质量m2。根据公式a=g,求出小车的加速度C.处理实验数据时采用描点法画图象,是为了减少误差D.处理实验数据时采用a- 图象,是为了便于根据图线直观地作出判断解析:实验中应满足A所述的条件,故选项A正确;实验中加速
11、度不能根据公式求解,故选项B错误;画图象时偏离较远的点已舍弃,误差较小,故选项C正确;采用a- 图象,图象为直线,更直观,故选项D正确。答案:ACD5.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示,在实验中以下做法正确的是()A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细线通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车的质量时,均需重新平衡摩擦力C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源D.拉车子一端的绳子必须始终与木板保持平行解析:在该实验中,我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力,故在平衡摩擦力时,细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘,故选项A错误;由于平衡摩擦力之后有Mgsin =Mgcos ,故
12、tan =,所以无论小车的质量是否改变,小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力,改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,故选项B错误;实验时应先接通电源,然后再放开小车,故选项C错误;拉车子一端的绳子必须始终与木板保持平行,故选项D正确。答案:D6.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法中符合实际的是()A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D.先不
13、改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变受力,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系解析:探究加速度与力、质量的关系时,先使质量不变,研究加速度与力的关系;再使受力不变,研究加速度与质量的关系;最后总结出加速度、力、质量三者之间的关系。所以,只有选项D正确。答案:D7.在保持质量不变,探究加速度与物体受力之间关系的实验中(使用教材提供的装置),小车质量m0和砝码质量m分别选取下列四组值:A.m0=500 g,m分别为50 g、70 g、100 g、125 gB.m0=500 g,m分别为20 g、30 g、40 g、50 gC.m0=200 g,m分别为50 g、
14、75 g、100 g、125 gD.m0=200 g,m分别为30 g、40 g、50 g、60 g(1)如果其他操作都正确,那么在选用组值测量时所画出的图线较准确。(2)在选用此组值时,m取时实验误差较大。解析:在B组数据中,最容易满足小车质量m0远大于砝码质量m的条件。答案:(1)B(2)50 g8.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,备有下列器材:A.电火花计时器;B.天平;C.停表;D.交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、滑块;H.气垫导轨(一端带定滑轮);I.毫米刻度尺;J.小型气泵。(1)实验中应选用的器材有;实验的研究对象是。(2)本实验分两大步骤进行:;。解析:
15、根据原理想步骤,根据步骤想器材。本实验的重点是:在m一定时,根据在不同力作用下打出的纸带,求出加速度;F一定时,根据在不同质量条件下打出的纸带,求出加速度,故只要明确电火花计时器及气垫导轨的工作条件,则不难将器材选出。答案:(1)A、B、D、F、G、H、I、J放在气垫导轨上的滑块(2)研究a与F的关系(m一定)研究a与m的关系(F一定)9.如图所示,在光滑的导轨上放着两辆完全一样的小车,1号车放在左边,系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线,线的另一端有一小桶,桶中可放砝码。2号车在右端,系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线,线的另一端有一相同的小桶。两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住,电磁铁
16、串联后接在 6 V 的学生电源上(闭合)。断开电源,电磁铁同时失去磁性,小车在拉力作用下从两端向中间运动,在某位置相碰,记下相碰位置,可以通过木板上的刻度知道两车通过的位移。由于两车的运动时间t相等,根据位移公式x=at2,只要比较两车的位移x就可以比较两车的加速度a,试作比较。解析:设放开后经时间t两车在P点相遇,如图所示,设两车的位移分别为x1、x2,则对1号车:x1=a1t2,对2号车:x2=a2t2,两式相比可得(即a与x成正比),所以两车的加速度大小即可通过比较两车位移大小得出。答案:10.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
17、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,并用停表记下木板运动到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。下列图象能表示该同学实验结果的是。(3)(多选)用加水的
18、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)木板做初速度为零的匀加速直线运动,其位移d=at2,加速度a=。为了减小偶然误差,可多次测量时间t,取t的平均值。(2)当F1F0时,木板开始运动,但F1并非绳子的拉力而是瓶和水的总重力。只有当瓶和水的质量远小于木板和弹簧测力计的质量时,F1才可近似等于绳子拉力,此时a-F1图线为一段倾斜的直线,当瓶和水的质量不远小于木板和弹簧测力计的总质量时,绳子的拉力将小于F1,其加速度a随着F1的增大而减小,其a-F1图线的斜率将逐渐减小,因而只有C项正确。(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码相比,水的质量可以连续调节,因而F1的大小也可以连续调节,从而比较精确地测出摩擦力的大小和更方便地获取多组实验数据,故正确选项为B、C。答案:(1)多次测量时间t,取t的平均值(2)C(3)BC