第2节 实验:探究加速度与力、质量的关系
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知识点
题号
1.实验原理及步骤
1、3
2.数据处理及误差分析
2、4、5
1.(2012苏州高一检测)在探究加速度与力、质量关系的实验中,以下操作正确的是( BC )
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,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
解析:探究加速度与力、质量的关系的实验中,需要平衡摩擦力,应使纸带穿过限位孔,但不能挂上重物;并且不需要每次实验平衡摩擦力;应先接通电源,再释放重物,故B、C选项正确.
平衡摩擦力是本实验中必须的,可简记为:
木板一端垫木片,限位孔处穿纸带,
接通电源放小车,打出间距相等点.
2.如图是某些同学根据实验数据画出的图象,下列说法中正确的是( AD )
A.形成图(甲)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
B.形成图(乙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
C.形成图(丙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
D.形成图(丁)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
解析:(甲)图aF的图象,当F=0时,加速度a≠0,说明F=0时,物体受到的合力已不等于零,即平衡摩擦力时长木板倾角过大,使物体重力沿斜面向下的分力大于摩擦力;(乙)图跟(甲)图的原因是相同的.(丙)、(丁)图是由于平衡摩擦力时倾角过小,而使物体重力沿斜面向下的分力小于摩擦力.所以,选项A、D正确.
3.已知物体的加速度a与物体受到的力F及物体的质量m满足关系式a∝F、a∝.在光滑的水平面上有一质量为m的物体受到水平力F作用,在t时间内开始移动了x距离,今要使距离变为4x,可采用以下哪一种方法( AC )
A.将水平恒力增大为4F
B.将物体质量减小为原来的
C.将作用时间增为2t
D.将作用时间增为4t
解析:当质量m不变、作用时间不变时,作用力增为4F,加速度a增为原来的4倍.由x=at2得,距离变为4x.当F和m不变时,a不变,当时间变为2t时,由x=at2得,距离变为4x.故选AC.
4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学使用了如图(甲)所示的装置,计时器打点频率为50 Hz.
(1)该同学得到一条纸带,在纸带上取连续的六个点,如图(乙)所示,自A点起,相邻两点间的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm,则打E点时小车的速度为 m/s,打A、F两点的过程中小车的平均速度为 m/s,小车的加速度为 m/s2.?
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系,应该保持 不变;若该同学要探究加速度a和拉力F的关系,应该保持 不变.?
(3)该同学通过数据的处理作出了aF图象,如图(丙)所示,则
①图中的直线不过原点的原因是 .?
②图中的力F理论上指 ,而实验中却用 表示.(选填字母符号)?
A.小盘和重物的重力 B.绳对小车的拉力
③此图中直线发生弯曲的原因是 .?
解析:(1)vE==
=0.85 m/s
==0.7 m/s
由Δx=aT 2得:a===5 m/s2.
(2)探究a与M的关系时,应保持拉力F不变;探究a与F的关系时保持M不变.
(3)①由题图(丙)可知在平衡摩擦力时木板右端垫的过高,不加拉力F时,小车已经有了加速度.
②题图(丙)中F理论上指绳对小车的拉力,而实验中是用重物和小盘的重力表示.
③实验中随着重物的增加,即随着F的增大,不再满足小盘与重物总质量远小于小车质量.
答案:(1)0.85 0.7 5
(2)绳对车的拉力F 小车质量M
(3)①平衡摩擦力时木板的右端垫得过高
②B A
③随着F的增大不再满足小盘和重物质量远小于小车质量.
5.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,计算出各纸带的加速度后,将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表(1)中,将测得的反映加速度a和质量M关系的资料记录在表(2)中
表(1)
a/(m·s-2)
1.98
4.06
5.95
8.12
F/N
1.00
2.00
3.00
4.00
表(2)
a/(m·s-2)
2.04
2.66
3.23
3.98
1/M(kg-1)
0.50
0.67
0.80
1.00
(1)根据表中所列数据,分别画出aF、a图象.
(2)从图象可以判定:当M一定时,a与F的关系为 ;当F一定时 ,a与M的关系为 .?
(3)由aF图象可知M= .?
(4)由a图象可知F= .?
解析:若a与F成正比,a与成正比,那么aF图象和a图象都应是过原点的倾斜直线,同时因实验中不可避免地出现误差,描出的点不在一条直线上是很正常的,连线时应使尽可能多的点在直线上,不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错误数据,不必考虑;另外可以从图象的斜率的物理意义出发求出相应的物理量.
答案:(1)aF图象和a图象分别如图(甲)和(乙)所示.
(2)正比关系 反比关系
(3)0.50 kg (4)4.02 N
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