第四章牛顿运动定律 4.2实验探究加速度与力、质量的关系 课后提升训练

课后提升训练 实验:探究加速度与力、质量的关系
(25分钟　50分)
1.(10分)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验,乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。
(1)图中A、B、C、D、E表示部分实验器材,甲同学需在图中选用的器材________;乙同学需在图中选用的器材________。(用字母表示)
(2)乙同学在实验室选齐所需器材后,经正确操作获得如图所示的两条纸带①和②。纸带______的加速度大(选填“①”或“②”),其加速度大小为__________。
【解析】(1)要采用落体法验证机械能守恒定律,需要下落的重物A和计时用的打点计时器B;要探究加速度与力、质量关系的实验,需要研究对象小车D,拉动小车的钩码E及打点计时器B。
(2)纸带①的加速度为
a1=
=m/s2
=2.50m/s2
纸带②的加速度为
a2=
=m/s2
=1.25m/s2
因此纸带①的加速度大,大小为2.50m/s2。
答案:(1)A、B　B、D、E　(2)①　2.50m/s2(2.48～2.52均可)
2.(10分)用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下:
A.用天平称出小车和小桶及内部砂子的质量
B.按图示安装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶
D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量
E.保持小桶及内部砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验
F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值
G.作a -M关系图象,由图象确定a与M的关系
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________________,该步骤应排在________步实验之后。
(2)在上述步骤中,有错误的是______________,应把____________________改为____________________。
(3)在上述步骤中,处理不恰当的是________,应把__________改为________。
【解析】实验中把小桶及其中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故在悬挂砂桶前必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上时不能打点,必须接在6V以下交流电压的学生电源上。作a -M关系图象,得到的是双曲线的一支,很难做出正确的判断,必须“化曲为直”,改作a -关系图象。
答案:(1)平衡摩擦力　B　(2)D　6V电压的蓄电池
6V以下交流电压的学生电源　(3)G　a -M　a -
【补偿训练】
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.秒表;D.交流电源;
E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、滑块(可放在气垫导轨上);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:
①____________________________________________;
②____________________________________________。
【解析】实验的研究对象为放在气垫导轨上的滑块,做本实验时,在m一定时,根据不同力作用下打出的纸带,求出加速度;在F一定时,根据不同质量条件下打出的纸带,求出加速度。只要明确电火花计时器及气垫导轨的工作条件,就不难将器材选出,器材为ABDFGHIJ。
答案:(1)ABDFGHIJ　放在气垫导轨上的滑块
(2)见解析
3.(14分)某同学将力传感器固定在小车上,然后把绳的一端固定在传感器拉钩上,用来测量绳对小车的拉力,探究在小车以及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系,根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的a-F图象。
(1)图线不过坐标原点的原因是:______________________________________。
(2)本实验中是否仍需要砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量________(选填“是”或“否”)。
(3)由图象求出小车和传感器的总质量为________kg。
【解析】(1)由图象可知,当F不等于零时,加速度仍然为零,说明没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。
(2)该实验中由于已经用传感器测出绳子的拉力大小,不是将砂和桶的重力作为小车的拉力,故不需要满足砂和桶的总质量远小于车和传感器的总质量。
(3)a-F图象中的斜率表示质量的倒数,由图可知,k===1.0,所以质量M==1.0kg。
答案:(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(2)否　(3)1.0
【补偿训练】
一同学在实验中保持拉力不变,得到了小车加速度随质量变化的一组数据,如表所示。
实验
序号
加速度
a/(m·s-2)
小车与砝码
总质量m/kg
小车与砝码总质量
的倒数m-1/kg-1
1
0.29
0.20
5.0
2
0.25
0.25
4.0
3
0.22
0.30
3.3
4
0.18
0.35
2.9
5
0.16
0.40
2.5
(1)请你在如图所示的方格纸中建立合适的坐标并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线。
(2)由图线可知F一定时,a与m成________关系。
【解析】由数据猜测a与成正比关系,建立a-坐标系进行描点连线。
由图线可知a-图线为过原点的直线,故F一定时,a与成正比,即a与m成反比关系。
答案:(1)见解析　(2)反比
4.(16分)(2017·内江高一检测)在“探究加速度与力和质量的关系”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。
(1)若取M=0.4kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是________。
A.m1=5g　　　　　　　　 B.m2=15g
C.m3=40g D.m4=400g
(2)如图为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带,纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔是0.1s,距离如图,单位是cm,小车的加速度是____m/s2(结果保留3位有效数字)。
(3)如图(a)为甲同学根据测量数据作出的a-F图线,图线有纵截距的原因是______________________。
(4)乙、丙两同学用同一装置做实验,取相同的标度画出了各自得到的a-F图线,如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同?______________。
【解析】(1)在这个实验中,用盘及盘中砝码的重力表示小车受到的合力,应满足小车的质量远远大于盘及盘中砝码的质量,D不合适。
(2)a==1.59m/s2
(3)a-F图线,图线有纵截距,说明合力为零的情况下,已有了加速度,则说明平衡摩擦力时木板的倾角过大。
(4)a-F图线的斜率代表质量的倒数,两图线斜率不同说明质量不同,M不同或两小车及车上的砝码的总质量不同时,a-F图线的斜率也就不同。
答案:(1)D　(2)1.59　(3)平衡摩擦力时木板倾角过大
(4)M不同或两小车及车上的砝码的总质量不同
【补偿训练】
如图为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长木板。在实验中细线对小车拉力F等于砝码和小桶的总重力,小车运动加速度a可用纸带上的点求得。
(1)为了研究加速度跟力和质量的关系,应该采用的研究实验方法是________。
A.控制变量法　　　　　　　 B.假设法
C.理想实验法 D.图象法
(2)关于该实验,下列说法中不正确的是________。
A.砝码和小桶的总质量要远大于小车的质量
B.为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高
C.电火花计时器使用交流电源
D.长木板的左端被垫高后,图中细线应保持与木板平行
(3)如图是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。根据图中数据可得出表格1中空白处的数据应是________。
表格1
计数点
1
2
3
4
5
6
瞬时速度
v/(m·s-1)
0.165
0.215
0.314
0.364
0.413
由纸带求出小车的加速度a=________m/s2。(加速度a保留两位有效数字)
(4)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变小车质量m,分别测得小车的加速度a与对应的质量m数据如表格2。
表格2
次　数
1
2
3
4
5
小车的加速度
a/(m·s-2)
1.25
1.00
0.80
0.50
0.40
小车的质量m/kg
0.400
0.500
0.625
1.000
1.250
小车质量的倒数
m-1/kg-1
2.50
2.00
1.60
1.00
0.80
利用表格2中的数据,在坐标纸中作出a与关系的图象。
【解析】(1)选A。由于加速度与作用力和物体质量两个因素有关,所以实验采用的是控制变量法,A正确,B、C、D错误。(2)选A。为了使小车受的拉力与砝码和小桶的总重力相等,应使砝码和小桶的总质量远小于小车的质量,A错误;为了消除摩擦力对实验的影响,要平衡摩擦力,即把木板远离滑轮的一侧适当垫高,B正确;无论是电磁打点计时器,还是电火花计时器,都使用交流电源,C正确;细线与木板不平行,则小车产生加速度的力与细线的拉力不相等,D正确。所以选A。
(3)v3=m/s=0.264m/s
a=m/s2
=0.50m/s2
(4)图象如图
答案:(1)A　(2)A　(3)0.264　0.50　(4)见解析