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4.2 探究加速度与力、质量的关系
第4章
内容索引
01
02
课前篇
自主预习
课堂篇
探究学习
学习目标
思维导图
1.学会用控制变量法研究物理规律。(科学探究)
2.会测量加速度、力和质量,能作出物体运动的a-F、a-
图像。
(科学探究)
3.能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系。(科学探究)
课前篇
自主预习
必备知识
一、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
1.保持研究对象即小车与车中槽码的质量不变,改变小桶内细砂的质量,即改变作用力,测出小车对应的加速度,验证加速度是否正比于作用力。
2.保持小桶中细砂的质量不变,即保持作用力不变,改变研究对象的质量,测出不同质量对应的加速度,验证加速度是否反比于质量。
二、实验器材
小车、槽码、小桶、细砂、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、天平。
三、实验方案的设计
1.三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象:放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动。(装置如图所示)。
(1)小车质量的测量
利用天平测出,在小车上增减槽码可改变小车的质量。
(2)拉力的测量
当小桶和细砂的质量远小于小车的质量时,可以认为小桶和细砂的重力等于对小车的拉力。
(3)加速度的测量:逐差法。
2.实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法
(1)研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标,以力F为横坐标,根据测量数据描点,然后作出图像,如图所示,若图像是一条通过原点的直线,就能说明a与F成正比。
(2)研究加速度a与质量M的关系
如图甲所示,因为a-M图像是曲线,检查a-M图像是不是双曲线,就能判断它们之间是不是反比例关系,但检查这条曲线是不是双曲线,相当困难。若a
四、实验步骤
1.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来。
2.按实验装置图把实验器材安装好。
3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块,多次移动木块位置,直到轻推小车,使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止。
4.在小桶里放入适量的细砂,在小车上加放适量的槽码,用天平测出小桶和细砂的质量m,并记录下来。接通电源,放开小车,待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带。
5.保持小车的质量不变,改变细砂和小桶的质量,按步骤4再做5次实验。
6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分,算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置。
7.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,根据实验结果画出小车运动的a-F图像,从而得出a-F的关系。
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s-2)
?
?
?
?
?
?
砂和小桶的质量m/kg
?
?
?
?
?
?
拉力F/N
?
?
?
?
?
?
8.保持细砂和小桶的质量不变,在小车上增减槽码,重复上面的实验,求出相应的加速度,并设计表格如表所示。根据实验结果画出小车运动的a-
图像,从而得出a-M的关系。
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s-2)
?
?
?
?
?
?
小车质量M/kg
?
?
?
?
?
?
/kg-1
?
?
?
?
?
?
9.整理实验器材,结束实验。
五、数据分析
1.分析加速度a与力F的定量关系
由表中记录的数据,以a为纵坐标,F为横坐标,根据测量数据描点,然后作出a-F图像,如图所示,若图像是一条过原点的直线,就能说明a与F成正比。
2.分析加速度a与质量M的定量关系
3.实验结论
(1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受拉力F成正比。
(2)保持拉力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。
自我检测
1.正误辨析
(1)本实验研究的是物体所受的某一个力与物体加速度的关系。( )
答案
×
(2)实验假设应该从最简单的情况进行猜想。( )
答案
√
(3)实验中作直线拟合的方法是让每个点都要在一条直线上。( )
答案
×
(4)多次进行实验,得到的结论一定是准确的。( )
答案
×
2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是( )
A.模型建构法
B.控制变量法
C.等效替代法
D.类比法
答案
B
课堂篇
探究学习
探究一
实验原理与实验操作
情境探究
在探究加速度与外力间的关系时,得到的图像如图所示,则出现这两种现象的原因是什么?
要点提示
甲图说明补偿阻力时,木板倾角过大了,即拉力F=0时,已产生加速度,此加速度是由小车重力的分力形成的。乙图说明补偿阻力不够或没有补偿阻力,因为当拉力增大到一定程度时才产生加速度。
关键能力
实验注意事项
1.实验中应先接通电源后释放小车。
2.在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔均匀,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。
3.整个实验平衡摩擦力后,不管以后是改变小桶质量还是改变小车和槽码的总质量,都不需要重新平衡。
4.改变细砂的质量过程中,要始终保证小桶(包括砂)的质量远小于小车(包括槽码)的质量。
5.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
要点笔记
实验操作过程中,可以用气垫导轨代替长木板,就可以不用平衡摩擦力,可以利用传感器测量作用在小车上的力,可以避免对砂桶质量的限制。
探究应用
例1用如图所示的装置探究在拉力F一定时,小车的加速度a与小车(含槽码)质量m的关系,某同学设计的实验步骤如下:
D.将电磁打点计时器接在干电池上,启动打点计时器,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质量
E.保持小桶及桶内细砂的质量不变,增加小车上的槽码个数,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图像,并由图像确定a与m的关系
A.用天平称出小车和小桶及内部所装细砂的质量
B.按图安装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上
(1)该同学漏掉的一个重要实验步骤是 ,该步骤应排在步骤 之后。?
(2)在上述步骤中,有错误的是步骤 ,应把 改为 。?
(3)在上述步骤中,处理不恰当的是步骤 ,应把 改为 。?
解析
(1)实验中把小桶及桶内细砂的重力之和看成与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故应平衡摩擦力且应排在步骤B之后。
(2)电磁打点计时器接在干电池上将无法工作,必须接在低压交流电源上。
(3)作a-m图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,应“化曲为直”,改作a-
图像。
答案
(1)平衡摩擦力 B (2)D 干电池 低压交流电源 (3)G a-m图像 a-
图像
规律方法
(1)明确打点计时器的工作条件。
(2)明确需要测量的物理量和实际测量的物理量是否一致。
变式训练1在探究加速度与力、质量的关系的实验中,采用如图所示的装置。
(1)本实验应用的实验方法是 。?
A.假设法
B.理想实验法
C.控制变量法
D.替代法
(2)下列说法中正确的是 。?
A.每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力
B.在探究加速度与质量的关系时,应该改变拉力的大小
C.在探究加速度与力的关系时,应该改变小车的质量
D.在探究加速度a与质量m的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出
a-
图像
解析
(1)探究加速度与力的关系时,要控制小车质量不变而改变拉力大小;探究加速度与质量关系时,应控制拉力不变而改变小车质量;这种实验方法是控制变量法,故选C。
(2)实验前要平衡摩擦力,每次改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力,A错误;探究加速度与质量的关系时,应该控制拉力的大小不变,B错误;在探究加速度与力的关系时,应该保持小车的质量不变,C错误;要直观地反映两个量之间的关系,可以通过作图来解决,但是只有作出一条直线,才可以直观地反映两个变量之间的关系,在探究加速度a与质量m的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a-
图像,D正确。
答案
(1)C (2)D
探究二
实验数据处理和误差分析
情境探究
某同学在探究加速度与合外力关系的实验时,将牵引物的重力等同于细线对小车的拉力,根据打点计时器打出的纸带得到小车加速度,绘制了a-F图像如图所示。
(1)如何根据纸带上的点迹分布获取加速度?
(2)图线一开始为直线,随着拉力F的增大,图线为什么发生了弯曲?
要点提示
(1)利用逐差法计算小车的加速度。
(2)实验原理不完善造成系统误差:此处F为牵引物重力,并非实际作用于小车的拉力,牵引物(砂桶)的总质量越小,误差越小。拉力F很大时,图线发生了弯曲,即所挂重物质量太大,不满足远小于小车和车中槽码总质量的条件。
关键能力
1.数据处理
(1)计算加速度——先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。
(2)作图像找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a-F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度a与小车和槽码总质量M,建立直角坐标系,描点画a-
图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比。
2.误差分析
比较项
产生原因
减小方法
偶然误差
质量测量不准、计数点间距测量不准
多次测量求平均值
作图不准
使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧,误差较大的点舍去
系统误差
小桶与桶中细砂的总重力代替小车所受的拉力
使小桶与桶中细砂的总质量远小于小车的质量
探究应用
例2某同学设计了一个探究加速度与力、质量的关系的实验,如图所示为实验装置简图(交流电源的频率为50
Hz)。
(1)如图所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为
m/s2。(结果保留两位有效数字)?
(2)保持砂和砂桶的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的
,数据如表所示。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
a/(m·s-2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg-1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
(3)保持小车的质量不变,改变砂和砂桶的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线如图乙所示。该图线不通过原点,其主要原因是 。?
解析
(1)在连续相等的时间间隔内,从纸带上可得到四段位移,因此可以用逐差法计算加速度。
已知s1=6.19
cm,s2=6.70
cm,s3=7.21
cm,s4=7.72
cm,电火花打点计时器的计
由逐差法可得s3-s1=2a1·(2T)2,s4-s2=2a2·(2T)2
(3)由a-F图线可知,F增大到某一值时小车开始有加速度,说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。
规律方法
分析纸带类问题的思路
(1)瞬时速度的求法:根据中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度,求解某点的瞬时速度。
(2)加速度的求法:根据逐差法,即Δs=aT2,求解小车的加速度。
(3)寻找两物理量的关系:
变式训练2图甲是用来探究加速度与力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图。两个相同的小车,放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里放有砝码。两个小车后端各系一条细线,细线后端用夹子固定,打开夹子,小盘和砝码牵引小车同时运动,合上夹子,两小车同时停止运动。
(1)用刻度尺测出两小车的位移,位移之比就等于它们的 之比。?
(2)为了探究加速度大小与力大小之间的关系,应保持两个 (填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等。?
(3)为减小误差,应使小盘和砝码的总质量尽可能 (填“远小于”“等于”或“远大于”)小车质量。?
解析
(1)根据初速度为零的匀变速直线运动公式s=
at2可知,用刻度尺测量两小车通过的位移,两小车的位移之比等于它们的加速度之比。
(2)为了探究加速度大小与力大小之间的关系,应该控制小车的质量不变,即应保持两个小车的质量相等。
(3)为减小误差,应使小盘和砝码的总质量尽可能远小于小车质量,这样才能满足细绳拉力近似等于小盘和砝码的总重力。
答案
(1)加速度 (2)小车 (3)远小于
探究三
创新实验设计
情境探究
实验中,将长木板用气垫导轨替代,使小车在气垫导轨上运动,是否需要平衡摩擦力?
要点提示
当小车在气垫导轨上运动时,小车和气流之间的阻力忽略不计,故不需要平衡摩擦力。
关键能力
创新实验的创新模式
1.在原型实验的基础上局部创新,克服原型实验中某方面的弊端。
2.在原型实验的基础上进行实验仪器的创新。
3.实验原理的创新。
探究应用
例3(2021河南高一期末)某物理兴趣小组设计了探究加速度与力、质量的关系的实验。
(1)如图甲所示的实验装置,是否需要满足小车质量远大于砂和砂桶的总质量? (填“需要”或“不需要”);?
(2)图乙为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为50
Hz。相邻两个计数点间还有四个计时点未画出,小车的加速度为
m/s2;?
(3)该组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,得到了a-F图线。由于忘记平衡摩擦力,图线有可能是图丙中的 (填“①”或“②”),小车及车中砝码的总质量m=
kg。?
解析
(1)本实验通过弹簧测力计测出绳的拉力,而不是通过测重物的重力得到绳的拉力,故不需要满足小车质量远大于砂和砂桶的总质量。
(3)没有平衡摩擦力,实验时拉力达到最大静摩擦力时,小车才开始滑动,所以a-F图线可能为②。
根据a=
可知,图线的斜率为车及车中砝码的总质量的倒数,根据图线求得m=0.5
kg。
答案
(1)不需要 (2)0.195 (3)② 0.5
规律方法
利用拉力传感器或测力计测量力,拉力可直接读出,则不需要满足小车质量M?钩码m质量这个条件。(如图所示)
变式训练3某实验小组利用如图所示的实验装置来探究当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量之间的关系。
(1)已知两个光电门中心之间的距离s=24
cm,遮光条的宽度d=0.52
cm。该实验小组在做实验时,将滑块从如图所示位置由静止释放,由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,遮光条通过光电门2的时间Δt2,则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1= ,滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2= ,则滑块的加速度的表达式a= 。(以上表达式均用字母表示)?
(2)在本次实验中,实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验,得到如下表所示的实验数据,通过分析表中数据,你得出的结论是 。?
m/g
250
300
350
400
500
800
a/(m·s-2)
2.02
1.65
1.33
1.25
1.00
0.63
/kg-1
4.00
3.33
2.86
2.50
2.00
1.25
(3)现需通过图像进一步验证你的结论,请利用表格中的数据,在坐标系中描点并作出相应的图像。
(2)当合外力一定时,在误差允许的范围内,物体质量和加速度的乘积相等,所以加速度跟质量成反比。
(3)如图所示。
(2)当合外力一定时,物体运动的加速度跟物体的质量成反比
(3)见解析图
随堂检测
1.(2021山东菏泽高一期末)如图甲所示是某同学设计的探究加速度a与物体所受合力F及质量m间关系的实验装置简图,A为小车,B为打点计时器,C为装有砂的砂桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F的大小等于砂和砂桶的总重力,小车运动加速度a可由纸带求得。
(1)若实验仪器为电火花计时器,下列关于其工作电压判断正确的是 。?
A.交流电源8
V
B.直流电源8
V
C.交流电源220
V
D.直流电源220
V
(2)图乙所示是某同学通过实验得到的一条纸带,他在纸带上取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点(每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出)。已知打点计时器所使用电源的频率为50
Hz,用毫米刻度尺测得:AB=0.60
cm,AC=1.60
cm,AD=3.00
cm,AE=4.80
cm,AF=7.00
cm,AG=9.60
cm。
根据上图可知,打下E点时小车的速度为
m/s;小车的加速度为
m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)?
解析
(1)电火花计时器使用220
V的交流电源,故选C;
(2)每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出,则T=0.1
s;根据题图可知,打下E点时小车的速度为vE=
m/s=0.20
m/s,根据Δx=aT2,由纸带可知小车的加速度为a=0.40
m/s2。
答案
(1)C (2)0.20 0.40
2.(2020广东广州高一期末)某实验小组所用的实验装置如图所示,通过改变砂桶内砂的质量研究加速度与力的关系。图中带滑轮的长木板水平放置于桌面上,一端拴有砂桶的细绳通过小车前端的滑轮与拉力传感器相连,拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小。
(1)下列操作必要且正确的是 ;?
A.实验前应把木板的一侧适当垫高以平衡摩擦力
B.用天平测出砂和砂桶的质量
C.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
D.实验过程中,如拉力改变,则必须重新平衡摩擦力
(2)打点计时器的工作频率f=50
Hz。选取一条点迹清晰的纸带,其中A、B、C、D、E为相邻的计数点,每相邻两计数点之间还有4个记录点未画出,各计数点到A的距离如图所示。
①计数点C对应的瞬时速度大小计算式为vC= (选用题中物理量符号s1、s2、s3、s4、f表示);?
②为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a= (选用题中物理量符号s1、s2、s3、s4、f表示);?
③根据纸带所提供的数据,算得小车的加速度大小为
m/s2(结果保留两位有效数字)。?
(3)若以传感器的示数F为横坐标,通过分析纸带得到的加速度a为纵坐标,画出的a-F图像如图所示,图像不过原点的原因是?
。?
解析
(1)实验前应把木板的一侧适当垫高、以平衡摩擦力,选项A正确;由于有拉力传感器测拉力,不必用天平测出砂和砂桶的质量,选项B错误;由于有拉力传感器测拉力,实验中不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,选项C错误;实验过程中,如拉力改变,而小车的摩擦力未改变,不必重新平衡摩擦力,选项D错误。
(3)从题图中可以看出:当F=0时,加速度a有某一正值,结合实际情况,是平衡摩擦力过度,即木板的倾角过大。
本
课
结
束第4章牛顿运动定律
4.2 探究加速度与力、质量的关系
课后篇巩固提升
合格考达标练
1.(多选)在探究加速度与力、质量的关系的实验中,下列说法正确的是( )
A.平衡摩擦力时,应将砂和砂桶通过定滑轮用细绳拴在小车上
B.连接砂桶和小车的细绳应与长木板平行
C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动,每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力
D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车
2.利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系,下列说法正确的是( )
A.保持小车所受拉力不变,只改变小车的质量,就可以探究加速度与力、质量的关系
B.保持小车质量不变,只改变小车所受拉力,就可以探究加速度与力、质量的关系
C.先保持小车所受拉力不变,探究加速度与力的关系;再保持小车质量不变,探究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
D.先保持小车质量不变,探究加速度与力的关系;再保持小车所受拉力不变,探究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
3.某同学在做探究加速度与力、质量的关系的实验时,如图所示是已接通电源正要释放小车时的情况,请你改正该同学的五个差错。
(1)电源 。?
(2)电火花打点计时器位置 。?
(3)滑轮位置 。?
(4)小车位置 。?
(5)长木板 。?
等级考提升练
4.如图甲为某次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0.1
s,A与各点之间的距离如图所示,单位是
cm,纸带的加速度是
m/s2(结果保留3位有效数字),在验证质量一定时加速度a和合力F的关系时,某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a-F图像,其原因是 。?
5.探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图甲所示。
甲
乙
(1)在平衡小车受到的摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图乙所示。打点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,则该小车的加速度a=
m/s2。?
(2)平衡摩擦力后,将5个相同的槽码都放在小车上。挂上槽码盘,然后每次从小车上取一个槽码添加到槽码盘中,测量小车的加速度。小车的加速度a与槽码盘中槽码总重力F的实验数据如下表:
槽码盘中槽码总重力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
请根据实验数据在坐标系中作出a-F关系图像。
(3)本实验已平衡摩擦力,根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点,主要原因是 。?
第4章牛顿运动定律
4.2 探究加速度与力、质量的关系
课后篇巩固提升
合格考达标练
1.(多选)在探究加速度与力、质量的关系的实验中,下列说法正确的是( )
A.平衡摩擦力时,应将砂和砂桶通过定滑轮用细绳拴在小车上
B.连接砂桶和小车的细绳应与长木板平行
C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动,每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力
D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车
解析平衡摩擦力时,应将细绳从小车上拿去,垫高长木板远离滑轮的一端,让小车的重力沿木板方向的分力平衡摩擦力,故A错误;若连接砂桶和小车的细绳和长木板不平行,则绳子拉力的一个分力等于小车所受的外力,这样导致误差增大,故B正确;平衡摩擦力后长木板的位置不能移动但每次改变小车的质量时,小车的重力沿木板方向的分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,故C错误;实验时,若先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,因此要求小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车,故D正确。
答案BD
2.利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系,下列说法正确的是( )
A.保持小车所受拉力不变,只改变小车的质量,就可以探究加速度与力、质量的关系
B.保持小车质量不变,只改变小车所受拉力,就可以探究加速度与力、质量的关系
C.先保持小车所受拉力不变,探究加速度与力的关系;再保持小车质量不变,探究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
D.先保持小车质量不变,探究加速度与力的关系;再保持小车所受拉力不变,探究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系
答案D
3.某同学在做探究加速度与力、质量的关系的实验时,如图所示是已接通电源正要释放小车时的情况,请你改正该同学的五个差错。
(1)电源 。?
(2)电火花打点计时器位置 。?
(3)滑轮位置 。?
(4)小车位置 。?
(5)长木板 。?
解析探究加速度与力、质量的关系时,电火花打点计时器应使用220
V的交流电源,且要固定在长木板无滑轮的一端(靠近右端);连接小车的细绳应平行于长木板,应调节滑轮高度使细绳平行于长木板;释放小车时,小车应靠近电火花打点计时器;实验时应垫高长木板右端以平衡摩擦力。
答案(1)应用220
V的交流电源 (2)应靠近右端 (3)应使细绳平行于长木板 (4)应靠近电火花打点计时器 (5)应垫高右端以平衡摩擦力
等级考提升练
4.如图甲为某次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0.1
s,A与各点之间的距离如图所示,单位是
cm,纸带的加速度是
m/s2(结果保留3位有效数字),在验证质量一定时加速度a和合力F的关系时,某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a-F图像,其原因是 。?
解析a的计算利用逐差法。
a=
=
=
=×10-2
m/s2=1.59
m/s2。
答案1.59 平衡摩擦力过度
5.探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图甲所示。
甲
乙
(1)在平衡小车受到的摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图乙所示。打点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,则该小车的加速度a=
m/s2。?
(2)平衡摩擦力后,将5个相同的槽码都放在小车上。挂上槽码盘,然后每次从小车上取一个槽码添加到槽码盘中,测量小车的加速度。小车的加速度a与槽码盘中槽码总重力F的实验数据如下表:
槽码盘中槽码总重力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
请根据实验数据在坐标系中作出a-F关系图像。
(3)本实验已平衡摩擦力,根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点,主要原因是 。?
解析(1)由题意可知两相邻计数点间的时间间隔T=5T0=0.1
s。由题图乙可知Δs=0.16
cm=1.6×10-3
m,
由Δs=aT2可得a=0.16
m/s2。
(2)a-F图线如图所示。
(3)平衡小车与长木板之间的摩擦力后,a-F图像仍不通过原点,是由于在计算F时忘记计算槽码盘的重力,使作出的图像向左平移。
答案(1)0.16
(2)见解析图
(3)计算F时忘记计算槽码盘的重力
