1、科学探究：加速度与力、质量的关系类型一教材原型实验【典例1】如图1所示,托盘用细线通过定滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。(f=50 Hz)(1)在研究加速度和合力F、质量m的关系时,应用的是_A.控制变量法B.等效替代法C.理论推导法D.理想实验法(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=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC.M=400 g,m=10 g
2、、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图2为某次实验打出的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间都有四个计时点未画出,按时间顺序取O、A、B、C、D五个计数点,用刻度尺量出A、B、C、D点到O点的距离,则小车的加速度a=_ m/s2(结果保留两位有效数字)。(4)某同学平衡摩擦力后,在保持小车质量不变的情况下,通过多次改变砝码质量,且满足小车质量远大于托盘和砝码的总质量,作出小车加速度a与砝码重力F的图像如图3所示。重力加速度g取10 m/s2,则小车的质量为_ kg(结果保留两位有效数字)。【
3、解析】(1)在研究加速度a和合力F、质量m的关系时,应用的是控制变量法,故A正确,B、C、D错误。(2)只有当mM,即托盘和砝码总质量远远小于小车的质量时,细线的拉力近似等于托盘和砝码的总重力,故选C。(3)相邻两个计数点间有四个点未画出,相邻计数点时间为T=0.1 s,根据逐差公式求加速度 a= m/s2=0.92 m/s2。(4)小车的质量可以由图像的斜率来求:k= kg-1,所以M=0.56 kg。答案:(1)A(2)C(3)0.92(4)0.56类型二创新型实验【典例2】某实验小组用如图1所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系,重物通过滑轮用细线拉着小车,在小车和重物之间接一个不计质
4、量的微型力传感器,位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动,位移传感器(接收器)固定在轨道一端,实验中力传感器的拉力为F,保持小车包括位移传感器(发射器)的质量不变,改变重物重力重复实验若干次,得到加速度与外力的关系。(1)关于实验操作,下列说法正确的是_。A.实验前应调节滑轮高度,使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时,在细线的下端悬挂重物,使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验应满足重物的质量远小于小车的质量(2)同学甲根据某次实验位移传感器的实验数据作出小车运动的s-t2图像如图2所示,根据图像可知小车运动的加速度大小为_ m/
5、s2;比较发现此加速度小于力传感器拉力F与小车包括位移传感器(发射器)的质量的比值,原因可能是_。【解析】(1)实验前应调节滑轮高度,使滑轮和小车间的细线与木板平行,故A正确;平衡摩擦力时,不用悬挂重物,故B错误;每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力,故C错误;力传感器可以直接得到拉力的大小,所以重物的质量没有必要远小于小车的质量,故D错误。故选A。(2)根据初速度为0的位移公式s=at2可知:在s-t2图像中斜率k=a,所以a=2k=4.0 m/s2。比较发现此加速度小于力传感器拉力F与小车包括位移传感器(发射器)的质量的比值,原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。答案:(1)A(2)4.0没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足【创新评价】创新角度创新措施加速度求解方法的创新利用位移传感器,记录小车位移,用s-t2图像求加速度拉力测量手段的创新将用砝码的重力近似代替小车拉力,改进为力传感器直接测量数据处理方法的创新将用坐标纸作图,改进为通过数据采集器输入计算机,显示屏直接显示【创新探究】(1)使用位移传感器和力传感器的优点是什么?提示:通过位移传感器和力传感器可以直接从计算机中得到数据,节省时间,效率比较高,误差也较小。(2)使用传感器后是否就不存在误差了? 提示:依然存在误差,误差只能减小,不可能消除。