1、4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系1.用如图所示装置做“验证牛顿运动定律”的实验,在平衡摩擦力的过程中,下列操作正确的是()A.移动木块,使挂砂桶的小车在斜面上匀速运动B.移动木块,使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动C.移动木块,使挂砂桶的小车在斜面上静止D.移动木块,使不挂砂桶的小车在斜面上静止【解析】选B。平衡摩擦力的方法是,小车与纸带相连,小车前面不挂砂桶,把小车放在斜面上给小车一个初速度,看小车能否做匀速直线运动,故B正确,A、C、D错误。故选B。2.某同学在用如图所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验时,忘记平衡小车运动中所受的摩擦力了,其他操作、计算及作图均正确,他最后作出
2、的a-F关系图像可能是()【解析】选A。当未平衡摩擦力时,有拉力时,加速度仍然为0,故图像在横轴上有截距,不能是通过原点的直线,故B、C、D错误,A正确。故选A。3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中:(1)为了探究小车(包括里面所装砝码)总质量M一定时,加速度a与合力F的定量关系,需要在砝码盘里面添加砝码来改变小车所受到的合力。砝码质量m和小车总质量M分别选取下列四组值:A.M=500 g,m分别为50 g、70 g、100 g、125 gB.M=500 g,m分别为20 g、30 g、40 g、50 gC.M=200 g,m分别为50 g、70 g、100 g、125 gD.M=200
3、 g,m分别为30 g、40 g、50 g、60 g若其他操作都正确,那么应该选用_(选填字母代号)进行实验时的实验误差较小。(2)如图是实验中得到的一条已打点的纸带,纸带上的A、B、C、D、E、F、G均为相邻计数点,已知打点计时器的打点周期为0.02 s,相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出,相邻计数点之间的距离已标注在图上,则小车运动的加速度大小a=_m/s2,打C点时的速度大小vC=_m/s。(以上结果都保留2位有效数字)【解析】(1)实验中,要保证mM,才能保证绳子的拉力约等于m的重力。(2)计数点时间间隔T=0.1 s,a=0.91 m/s2。vC=0.40 m/s。答案:(1)B
4、(2)0.910.404.如图甲所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持_不变,用钩码所受的重力大小作为_,用DIS测小车的加速度。(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图乙所示)。分析此图线OA段可得出的实验结论是_。(3)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是()A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态C.所挂钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大【解析】(1)采用控制变量法,应保持小车的总质量不变,用钩码所受重力大小作为小车所受
5、外力。(2)从图乙可以看出a-F关系图线基本上是一条过原点的直线,所以可以得出在质量不变的条件下,加速度与外力成正比。(3)本次实验的条件是所挂钩码的总质量应远小于小车的总质量,否则不能用钩码所受的重力作为小车受到的拉力。此图线的AB段明显偏离直线说明所挂钩码的总质量太大。答案:(1)小车的总质量小车所受外力(2)在质量不变的条件下,加速度与外力成正比(3)C【加固训练】如图甲为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”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=48.0 cm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
6、下:将拉力传感器固定在小车上;平衡摩擦力,让小车做_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;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)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=_,并补全表格。序号F(N)-(m2/s2)a(m/s2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.3142.624.654.8453.005.495.72(3)由表中数据,在图乙中的坐标纸上作出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是_。 【解析】(1)根据平衡状态的特点可知道当小车做匀速直线运动时,说明摩擦力已经被平衡。(2)根据匀变速直线运动的位移与速度公式:v2-=2ax可以求出:a=,代入数据解得:a=2.41 m/s2。(3)根据表中数据,得出图像如图所示:(4)对比图像可知,实际图像没有过原点而是和横坐标有交点,造成原因为没有完全平衡摩擦力。答案:(1)匀速直线(2)2.41(3)见解析图(4)没有完全平衡摩擦力
