物理必修一课时练习 实验探究加速度与力、质量的关系

2.实验：探究加速度与力、质量的关系
知识点一：探究加速度a与质量m的关系
1．在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示：
a/(m·s－2) 2.04 2.66 3.23 3.98
M/kg 2.00 1.50 1.25 1.00
(1)根据表中所列数据，画出a －图象。
(2)由a－关系可知，当F一定时，a与M成________关系。
知识点二：探究加速度a与作用力F的关系
2．某同学做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了如图所示的三条图线，这三条图线表示实验中________不同。
3．某同学利用本节参考案例中的实验装置研究a与F之间的关系，测得小车的加速度a和拉力F的数据见下表：
F/N 0.20 0.30 0.40 0.50
a/(m·s－2) 0.10 0.21 0.29 0.40
(1)根据表中数据，在下图中画出a－F图线。
(2)结合实验装置，说明图线不过原点的原因是什么。如何进行改正
知识点三：纸带处理方法
4．如图所示是某同学在利用本节参考案例中的实验时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各个计数点间距离的测量结果。(单位：cm)
(1)为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内。(单位：cm)
x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 Δ
各位移差与平均值最多相差________cm，即各位移差与平均值最多相差________%。由此可得出结论：小车在________的位移之差，在________范围内相等，所以小车的运动是________。
(2)根据匀变速直线运动的规律，可求得小车运动的加速度a＝＝________m/s2。
(3)根据a＝，可以求出：a1＝＝________m/s2，a2＝＝________m/s2，a3＝＝________m/s2，所以a＝＝________ m/s2。
5．用如图所示装置，探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：
(1)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装，如图所示。请你指出该装置中错误或不妥之处：______________________________________________________。
(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验，如图是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可算得小车的加速度a为________m/s2。
能力点一：误差分析
6．甲、乙、丙、丁四位同学在做探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时(使用如图所示的装置)，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如图甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是aF图线，图丁是a1/M图线，则下列说法中正确的是
A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于m
B．丙和丁没有把握好实验条件M远大于m
C．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板倾角太大
D．甲、乙、丙三同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
能力点二：探究加速度与力、质量关系的理解与应用
7．如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2
D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
8．(2009辽宁沈阳高三检测，12)在保持质量不变，探究加速度与物体受力之间关系的实验中(使用教材提供的装置)，小车质量M和砝码质量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 g
B．M＝500 g，m分别为20 g、30 g、40 g、50 g
C．M＝200 g，m分别为50 g、75 g、100 g、125 g
D．M＝200 g，m分别为30 g、40 g、50 g、60 g
(1)如果其他操作都正确，那么在选用________组值测量时所画出的图线较准确。
(2)在选用此组值时，m取________时实验误差较大。
9．(2009江苏高考，11)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。
甲
乙
(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，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)
(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：
砝码盘中砝码总重力F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980
加速度a/(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
请根据实验数据作出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。
?答案与解析
1．答案：(1)如解析图所示　(2)反比
解析：要画a与的图象，需先求出对应的，其数据分别为0.50、0.67、0.80和1.00。然后描点、连线，得到的图象如图。
2.答案：小车的质量
3．答案：(1)根据表中数据在坐标系中描点，并用一条直线来拟合这些点，如图所示。
(2)图线与F轴交于0.1 N处，说明拉力F小于0.1 N时，小车静止不动(a＝0)，这是由于实验中未平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面倾角过小造成的，应增大斜面倾角。
4．答案：(1)1.60　1.55　1.62　1.53　1.61　1.58　0.05　3.2　任意两个连续相等的时间内　误差允许　匀加速直线运动　(2)1.58　(3)1.59　1.57　1.59　1.58
5．答案：(1)打点计时器不应使用干电池，应使用交流电源；实验中没有平衡小车的摩擦力；小车的初始位置离打点计时器太远
(2)0.195
解析：(1)打点计时器必须使用交流电源，不能使用干电池；为保证细绳对小车的拉力即为小车受的合外力，实验前必须平衡摩擦力，该装置没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下更多的点，实验开始时小车的初始位置离打点计时器不可太远。
(2)加速度可用逐差法求出：
a＝＝ m/s2＝0.195 m/s2。
能力提升
6．ACD
7．A　题中m1和m2是车中砝码的质量，不能认为是小车的质量。本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少。当m1＝m2时，两车加砝码总质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝at2得x1＝2x2，A对。当F1＝F2时，若m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的总质量关系，两小车的加速度关系也就不明确，故无法判定两车的位移关系。
8．答案：(1)B　(2)50 g
解析：在B组数据中，最容易满足小车质量M远大于砝码质量m的条件。
拓展延伸
9．答案：(1)0.16(0.15也算对)　(2)见图
(3)未计入砝码盘的重力
解析：(1)a＝＝ m/s2＝0.16 m/s2或a＝＝ m/s2＝0.15 m/s2。
(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，aF的图线不过原点。