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第二节:探究加速度和力、质量的关系
基础知识集训(时间:5分钟;难度:易)
答案 量度 大 难 小 易
① 越大 ② 成正比 ③ 纵轴 ④横轴 ⑤ 过原点的倾斜直线 ⑥ 越小 ⑦ 成反比 ⑧纵轴 ⑨横轴 ⑩过原点的倾斜直线
提升集训(时间:30分钟;难度:易)
题组一:实验原理及步骤
1.如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后,准备释放小车时的装置示意图.另一同学指出了图中的几处错误,其中不正确的是( )
A.实验前没有平衡摩擦力
B.拉小车的细线应与长木板平行
C.实验中所用电源应为交流电源
D.小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些
2.实验探究加速度与力、质量的定量关系,下列认识正确的是( )
A.F、M和a三个物理量都有直接测量的工具
B.实验时为消除摩擦力对小车运动的影响,要将木板无滑轮的一端垫高,直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来
C.实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小
D.根据实验数据,得到的F不变时的a-M图象是过原点的倾斜直线
3.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,关于平衡摩擦力的说法中正确是( )
A.“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零
B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到摩擦阻力相平衡
C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功,可由小车拖动后由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
4.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图乙所示的装置.则下列说法中正确的是 ( )
A.在探究加速度与外力的关系时,应该改变小车的质量
B.在探究加速度与质量的关系时作出a-图象更容易直观判断出二者间的关系
C.无论在什么条件下,细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小
D.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动
5.两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上,小车前端系上细线,线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里分别放有不同质量的砝码(如图甲所示).小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线,用一只夹子夹住两根细线(图乙),控制两辆小车同时开始运动和结束运动.
由于两个小车初速度都是零,运动时间又相同,因为x=,即x∝a,所以只要测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比.
实验结果是:当两小车质量相同时,________________________;当拉力F相等时,________________________.实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G=mg的大小作为小车所受拉力F的大小,这样做会引起实验误差,为了减小这个误差,G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是:______.
6.在探究物体的加速度与力、质量的关系实验中:
(1)在探究物体的加速度与质量的关系时,应保持_________不变(选填“小车及车中砝码的质量”或“托盘及盘中砝码的质量”),电磁打点计时器应接________;(选填“低压直流电源”或“低压交流电源”)
(2)在探究物体的加速度与力的关系时,应保持________不变,分别改变施加在物体上的水平拉力F,测出相对应的加速度a.(选填“小车及车中砝码的质量”“水平拉力”或“托盘及盘中砝码的质量”)
题组二:数据处理
1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某次实验测得如下数据:当m一定时,a与F的关系如表一所示;当F一定时,a与的关系如表二所示.
表一
表二
(1)在如图所示的相应坐标系中,根据表一、表二所给数据作出图象.
(2)由图象可以判定: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)在研究a与m的关系时,作了a-图象,而没作a-m图象,作a-图象有何优点?
2.某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
(1)下列做法正确的是________(填字母代号).
A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
(2)如图所示是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象.
形成图线甲的原因是__________________________.
形成图线乙的原因是__________________________.
3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示.
(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为0.02 s,从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,测量并标出相邻计数点之间的距离.该小车的加速度a=________m/s2.
(2)平衡摩擦力后,将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表:
请根据实验数据在下图所示坐标系中作出a-F的关系图象.
(3)根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点.请说明主要原因.
4.某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的小钩码探究加速度与力的关系,实验装置如图甲所示.
甲 乙 丙
(1)图乙是实验中得到的一条纸带,图中打相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可得小车的加速度a为________m/s2;
(2)该实验小组以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F为横轴,作出的图象如丙图中图线1所示,发现图象不过原点,怀疑在测量力时不准确,他们将实验进行了改装,将一个力传感器安装在小车上,直接测量细线拉小车的力F′,作a-F′图如丙图中图线2所示,则图象不过原点的原因是____________,对于图象上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,其原因是____________;
(3)该实验小组在正确操作实验后,再以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F和传感器测得的F′为横轴作图象,要使两个图线基本重合,请你设计一个操作方案: ________.
5.(1)某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F关系的实验,图甲为实验装置简图.他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,你认为下列说法正确的是( )
A.实验时要平衡摩擦力 B.实验时不需要平衡摩擦力
C.钩码的重力要远小于小车的总重力 D.实验进行时应先释放小车再接通电源
(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E是计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,距离如图所示.则打C点时小车速度的表达式为________;该同学计算小车加速度的表达式为________________________________________________________
_________
参考答案 题组一:实验原理及步骤
1.D 小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远些,选项D错误
2.C 力F和质量M可直接用测力计和天平测量,但a不能直接测量,故选项A错误;若将小车一端垫高到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来,说明平衡摩擦力过度了,故选项B错误;F不变时,a与M成反比,故其图象不是直线,a- 图象是直线,故选项D错误;若重物对小车的拉力等于重物的重力,则重物所受合力为零,它就不会拉着小车加速运动了,故选项C正确
3.BCD 小车所受的摩擦力不可避免,平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的阻力相平衡,A错误,B正确;其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力,C正确;恰好平衡摩擦力时,小车拖动纸带,不给小车提供拉力,给小车一个初速度,小车做匀速直线运动,由打点计时器打出的纸带点迹间距应该是均匀的,D正确.
4.BD 该实验采用控制变量法,先控制小车的质量不变,研究加速度与力的关系,再控制砝码盘和砝码的总重力不变,研究加速度与质量的关系,A错误;在探究加速度与质量的关系时作出a-m图象是一条曲线,不能判断出a与m的确切关系,作出a-图象更容易直观判断出二者间的关系,B正确;小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时,细线的拉力才等于砝码盘和砝码的总重力大小,C错误;平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动,D正确.
5【答案】加速度与拉力成正比 加速度与质量成反比G Mg
【解析】实验过程中,当两小车质量相同时,砝码(包括砝码盘)重力越大,相同时间内位移越大,则加速度越大,进行实验时会发现,加速度与所受拉力成正比;若砝码重力不变,即拉力不变时,质量越大的小车,相同时间内位移越小,即加速度越小,进行测量分析知,加速度与质量成反比.如果砝码(包括砝码盘)的重力G远小于小车的重力Mg时,G近似等于拉力F.
6【答案】(1)托盘及盘中砝码的质量 低压交流电源 (2)小车及车中砝码的质量
题组二:数据处理
1【答案】(1)作出图象如图所示
(2)正比 反比
(3)a-m图象是曲线,难以找出规律;a-图象是直线,容易找出规律
【解析】(1)用描点连线的方法作图如下:
(2)当m一定时,画出的图像是正比例函数所以a与F的关系是成正比的关系;
当F一定时,a-图象是直线,说明a-是正比例函数,则a与m的关系是反比的关系。
(3)在研究a与m的关系时,由于a与m是反比例函数,而我们一般希望函数关系是线性函数,这样容易找到规律,所以整理时作了作了a-图象,而没作a-m图象。
2.【答案】(1)AD (2)长木板倾角过大 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
【解析】(1)实验中细绳要与长木板保持平行,A项正确;平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上,这样无法平衡摩擦力,B项错误;实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块,C项错误;平衡摩擦力后,改变木块上的砝码的质量后不需要再重新平衡摩擦力,D项正确.
(2)图线甲中F=0时,木块就有了加速度,可见是长木板倾角过大.图线乙中,有了拉力时,加速度仍为0,说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
3.“【答案】(1)0.16
(2)
(3)计算F时忘记加入砝码盘的重力
【解析】(1)由题意可知计数间隔T=5T0=0.1 s.
由题图乙可知Δx=0.16 cm=1.6×10-3 m,由x=aT2可得a=0.16 m/s2.
(2)a-F图线如图所示.
(3)平衡小车与桌面之间的摩擦力后,a-F图象仍不通过原点,可能是在计算F时忘记加入砝码盘的重力,使作出的图象向左平移造成的
4.【答案】(1)0.195
(2)未平衡摩擦力或平衡不足 钩码的重力比细线的拉力大
(3)将n个钩码都放在小车上,每次从小车上取一个钩码挂在细线上,其余钩码留在小车上随小车一起运动.(其他答案也可以得分)
【解析】(1)根据Δx=aT2,运用逐差法得:a== m/s2=0.195 m/s2.
(2)由图线可知,F不等于零时,a仍然为零,可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.力传感器可以直接得出绳子拉力的大小,用钩码的重力表示绳子的拉力,必须满足钩码的质量远小于小车的质量,否则绳子的拉力实际上小于钩码的重力.所以对于图线上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,原因是钩码的质量未远小于小车的质量.
(3)要使两个图线基本重合,只要满足钩码的质量远小于小车的质量即可
5【答案】(1)AC (2) 或
【解析】(1)实验时需要平衡摩擦力,且只有保证钩码的重力远小于小车的总重力,钩码的重力才能近似等于小车受到的合外力.
(2)C点的瞬时速度等于AE或者BD的平均速度,即vC==
求加速度,使用逐差法,得a==
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