高中物理 模块三 牛顿运动定律 考点3 实验 探究加速度与力、质量关系试题1.doc

考点3 实验：探究加速度与力、质量关系基本实验要求1实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系(3)作出aF图象和a图象，确定其关系2实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺3实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量m.(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑(4)操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.描点作图，作aF的图象保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图象规律方法总结1注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动(2)不重复平衡摩擦力(3)实验条件：mm.(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车2误差分析(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差3数据处理(1)利用xaT2及逐差法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比考点一实验原理与实验操作利用如图所示装置可以做力学中的许多实验 (1)以下说法正确的是()A用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响B用此装置“研究匀变速直线运动”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量C用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响D用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是()A交流220 V B直流220 VC交流46 V D直流46 V(3)在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图4所示已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为_m/s.(结果保留2位有效数字)【答案】(1)CD(2)A(3)0.53(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是_(2)某同学的实验方案如图5所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_b使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A利用公式a计算；B根据a利用逐差法计算两种方案中，你认为选择方案_比较合理【答案】(1)控制变量法(2)a.平衡摩擦力b砂桶的重力(3)B考点二数据处理与误差分析用如图所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度 (1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是_(2)图9为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a_ m/s2.(结果保留两位有效数字) (3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度根据测得的多组数据画出aF关系图象，如图10所示此图象的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是_(选填下列选项的序号)A小车与平面轨道之间存在摩擦B平面轨道倾斜角度过大C所挂钩码的总质量过大D所用小车的质量过大【答案】(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力(2)1.0(3)C如题图所示的（图中长木板水平固定）是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成测定木块运动加速度a(1)下例实验照片中是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在。照片A（电键一侧连蓄电池）照片B木块释放位置(2)如题图所示为从实验中得到的一条认为最能反映木块匀变速运动纸带的一部分，0，1，2，3，4， 5，6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出，从纸带上测得x1=3.20cm，x2=4.52cm，x5=8.42cm，x6=9.70cm则木块的加速度大小a=（保留两位有效数字）(3)下列哪些措施能有助于减小实验的误差（）A. 选用输出电压稳定性更佳的稳恒电源B. 选用输出电压变化周期更稳定的交流电源C. 调节滑轮高度，使拉线与长木板平行D. 实验中满足砝码盘和砝码的总质量为远小于木块的质量ME. 实验前先平衡滑块与木板间的摩擦力【答案】（1）照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。照片B：实验有不合理之处，木块起始点离打点计时器过远。（2）1.3m/s2（3）BC某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系。利用力传感器测量细线上的拉力。按照如下步骤操作：安装好打点计时器和纸带，调整导轨的倾斜程度，平衡小车摩擦力；细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；打开力传感器并接通打点计时器的电源（频率为50 Hz的交流电源）；释放小车，使小车在轨道上做匀加速直线运动；关闭传感器，记录下力传感器的示数F；通过分析纸带得到小车加速度a；改变钩码的质量，重复步骤；作出a-F图象，得到实验结论。（1）某学校使用的是电磁式打点计时器，在释放小车前，老师拍下了几个同学实验装置的部分细节图，下列图中操作不正确的是。（2）本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量？（填写“需要”或“不需要”）；某次释放小车后，力传感器示数为F，通过天平测得小车的质量为M，动滑轮和钩码的总质量为m，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于。A B C D（3）下图是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的(填“左”或“右”)端与小车连接，在打点计时器打下计数点6时，钩码的瞬时速度大小为m/s(保留两位有效数字)。【答案】（1）ABC （2）不需要 B （3）左 0.730.75某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下 (1)图甲所示为实验装置图图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s，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)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线，如图所示图中直线没有通过原点，其主要原因是_ (3)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的的数据如表中所示：实验次数12345678小车加速度a/(ms2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60a.请在图所示坐标纸中画出a图线；b根据作出的a图象可以得到的结论是：_.【答案】(1)0.43(2)实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)(3)a.图略b图线为一条过原点的直线，表明在合外力一定时，加速度跟质量成反比如图为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置示意图图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源在小车自身质量未知的情况下，某同学设计了一种通过多次改变小车中砝码质量的方法来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”（1）在该实验中应该采用的研究方法是，用钩码所受的重力作为小车所受外力，用计时器装置装置测小车的加速度（2）保持质量一定改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出关系图线，如图乙所示；分析此图线的OA段可得出的实验结论是此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是CA小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态C所挂钩码的总质量太大D所用小车的质量太大（3）有关实验操作，下列说法中不正确的是A平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C此实验只需平衡一次摩擦力D小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车（4）如图为实验中获得的某一条纸带，设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3根据纸带上计数点的情况，求得加速度的大小a=m/s2（结果保留3位有效数字）（5）图丙为研究“在外力一定条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量设图中直线的斜率为k，直线在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为，小车的质量为【答案】（1）控制变量法；（2）加速度与外力成正比；C（3）A （4）1.15m/s2（5），考点三实验拓展与创新某同学用图14(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离(1)物块下滑时的加速度a_ m/s2，打C点时物块的速度v_ m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号)A物块的质量B斜面的高度C斜面的倾角【答案】(1)3.251.79(2)C为了探究加速度与力的关系，使用如图15所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？(2)若取M0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是()Am15 g Bm215 gCm340 g Dm4400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为_(用t1、t2、D、s表示)【答案】(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，看其能否做匀速直线运动(2)D(3)a实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示已知小车质量M214.6 g，砝码盘质量m07.8 g，所使用的打点计时器交流电频率f50 Hz.其实验步骤是：A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速直线运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复BD步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度回答下列问题：(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_(填“是”或“否”)(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2. (3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表，次数12345砝码盘中砝码的重力F/N90.390.49小车的加速度a/(ms2)0.881.441.842.382.89他根据表中的数据画出aF图象造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_【答案】(1)否(2)0.88(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确)砝码盘的重力0.08 N如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力在图示状态下开始做实验 (1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是_(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验_(填“需要”或“不需要”)Mm的条件【答案】答案(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远(2)不需要某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系下列做法正确的是_(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为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为甲、乙，由图可知，m甲_m乙，甲_乙(选填“大于”、“小于”或“等于”)【答案】AD远小于小于大于某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系.(2)由图(b)可知，am图线不经过原点，可能的原因是_(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_【答案】(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t.(1)木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)_(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系下列图象能表示该同学实验结果的是_(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相经，它的优点是_xxk.Coma可以改变滑动摩擦力的大小b可以更方便地获取多组实验数据c可以比较精确地测出摩擦力的大小d可以获得更大的加速度以提高实验精度【答案】(1)保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值(2)c(3)bc(2015新课标全国卷，22)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。(1)物块下滑时的加速度a_