《探究加速度与力和质量的关系》练习题_第1页
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文档简介

1、 “探究加速度和力、质量的关系”实验及练习1.实验方法:控制变量法。2.平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要悬挂小盘,但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3.实验条件:只有满足Mm,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。4.一先一后一按住: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,后放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。5.作图:作图时两轴标度比例要适当,各量须采用国际单位,这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。误差分析1.因实验原理不完善引起的误差:

2、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。热点一实验原理与基本操作【例1】在“探究加速度和力、质量的关系”实验中,采用如图1所示的装置图进行实验:图1(1)实验中,需要在木板的右端垫上一个小木块,其目的是_。(2)实验中,已经测出小车的质量为M,砝码(包括砝码盘)的总质量为m,若要将砝码(包括砝码盘)的总重力大小作为小车所受拉力F的大小,这样做的前提条件是_。(3)在实验操作中,下列说法正确的是_(填序号)。A.求小车运动的加速度时,可用天平测

3、出小盘和砝码的质量M和m,以及小车质量M,直接用公式ag求出B.实验时,应先接通打点计时器的电源,再放开小车C.每改变一次小车的质量,都需要改变垫入的小木块的厚度D.先保持小车质量不变,研究加速度与力的关系;再保持小车受力不变,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系解析(1)本实验木板表面不可能光滑,摩擦力会影响实验结果,所以要平衡摩擦力。(2)根据牛顿第二定律得,mg(Mm)a,解得a,则绳子的拉力FMa,可知当砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车质量时,小车所受的拉力等于砝码(包括砝码盘)的总重力,所以应满足的条件是砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车的质量。(3)本实验

4、的目的是:探究加速度和力、质量的关系,所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用,故A错误;使用打点计时器时,都应该先接通电源,后释放纸带,故B正确;平衡摩擦力后tan ,与重物的质量无关,所以不用再次平衡摩擦力,故C错误;本实验采用控制变量法,故D正确。答案(1)平衡摩擦力(2)mM(3)BD【变式训练】1.在“探究加速度与力、质量的关系”时采用如图2所示的实验装置,小车及车中砝码质量为M,砂桶及砂的质量为m。图2(1)若已平衡摩擦力,在小车做匀加速直线运动过程中,绳的张力大小FT_,当M与m的大小满足_时,才可认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力。(2)某同学在保持砂和砂桶质量m一定

5、的条件下,探究小车加速度a与质量M的关系,其具体操作步骤如下,则做法合理的有()A.平衡摩擦力时,砂桶应用细线通过定滑轮系在小车上且小车后面的纸带也必须连好B.每次改变小车质量M时,都需要重新平衡摩擦力C.实验时,先接通计时器的电源,再放开小车D.用天平测出m及M,直接用公式a求出小车运动的加速度解析(1)由牛顿第二定律知:对小车有FTMa,对砂和砂桶有mgFTma,所以FT,可见当Mm时,FTmg。(2)平衡摩擦力时,应在不挂砂桶的情况下让小车带着纸带匀速下滑来平衡摩擦力,A错误;每次改变小车质量M时,不需要重新平衡摩擦力,B错误;实验时,先接通计时器的电源,再放开小车,C正确;小车运动的加

6、速度必须由纸带上的测量数据计算得到,D错误。答案(1)Mm(2)C热点二数据处理及误差分析【例2】一小组的同学用如图3所示装置做“探究物体质量一定时,加速度与力的关系”的实验。图3(1)下列说法正确的有_。A.平衡摩擦力时,用细线一端挂空砝码盘,另一端与小车相连,将木板适当倾斜,使小车在木板上近似做匀速直线运动B.每次改变砝码及砝码盘总质量之后,应重新平衡摩擦力C.应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码的总质量D.砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时,可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力(2)图4甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。从比较清晰的点迹起,在纸带上

7、标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两计数点之间都有4个计时点没有标出,用刻度尺分别测量出A点到B、C、D、E的距离如图4所示,已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,则此次实验中小车运动加速度的测量值a_m/s2。(结果保留两位有效数字)图4(3)某同学平衡摩擦力后,改变砝码盘中砝码的质量,分别测量出小车的加速度a。以砝码盘及砝码的重力F为横坐标,以小车的加速度a为纵坐标,得到如图乙所示的aF图线,则图线不通过坐标原点的主要原因是_。解析(1)平衡摩擦力时,应将细线从小车上取下,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动,A错误;每次改变

8、砝码及砝码盘总质量之后,不需要重新平衡摩擦力,B错误;应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量,C错误;砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时,可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力,D正确。(2)a m/s21.2 m/s2。(3)当F0时,a0,也就是说当细线上没有拉力时,小车就有加速度,这是平衡摩擦力时木板倾角偏大,即平衡摩擦力过度引起的。 答案(1)D(2)1.2(3)平衡摩擦力过度【变式训练】2.如图5所示为某同学探究加速度与力和质量关系的实验装置,两个相同质量的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放砝码。两小车

9、后端各系一条细绳,一起被夹子夹着使小车静止。打开夹子,两小车同时开始运动;关上夹子,两小车同时停下来,用刻度尺测出两小车的位移,下表是该同学在几次实验中记录的数据。图5实验次数车号小车质量(g)小盘质量(g)车中砝码质量(g)盘中砝码质量(g)小车位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010请回答下述问题:(1)在每一次实验中,甲、乙两车的位移之比等于_之比,请简要说明实验原理:_;(2)第一次实验控制了_不变,在实验误差允许范围内可得出的结论是_;(3)第二次实验控制了_不变,在实验误差允许范围内可

10、得出的结论是_;(4)第三次实验时,该同学先测量了甲车的位移,再根据前两次实验结论,计算出乙车应该发生的位移,然后再测量了乙车的位移,结果他高兴地发现,理论的预言与实际符合得相当好。请问,他计算出的乙车的位移应该是_。解析(1)由于两车运动时间相同,由xat2,知甲、乙两车的位移之比等于加速度之比,即x甲x乙a甲a乙。(2)第一次实验中控制小车质量不变,在实验误差允许范围内,小车加速度与拉力成正比。(3)第二次实验中控制小车所受拉力不变,在实验误差允许范围内,小车加速度与质量成反比。(4),得x乙30 cm。答案(1)加速度;见解析(2)小车质量;小车加速度与拉力成正比(3)小车所受拉力;小车

11、加速度与质量成反比(4)30 cm热点三实验的改进与创新以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥教材,体现开放性、探究性、设计性等特点。视角1实验器材的改进气垫导轨(不用平衡摩擦力)长木板视角2数据测量的改进视角3实验的拓展延伸以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。【例3】(2014·新课标全国卷)某同学利用图6甲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,如图乙所示。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

12、下列问题:图6(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)由图乙可知,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。解析(1)把图乙中的点用平滑线连接后,可以看出,am图线是曲线即非线性。(2)由图象可知,小车受到钩码的拉力作用,但加速度仍为零,可能的原因是小车还受到摩擦力的作用。(3)改进措施:第一图线不过原点,要平衡摩擦力,所以调整轨道的倾斜度;第二,要使小车受到合外力

13、等于钩码的重力,要求钩码质量不能太大,即远小于小车的质量。答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量【变式训练】3图7为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:图7用天平测量物块和遮光片的总质量M,重物的质量m,用游标卡尺测量遮光片的宽度d,用米尺测量两光电门之间的距离x;调整轻滑轮,使细线水平;让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB,求出加速度a;多次重复步骤,求a的平均值;根据上述实验数据求出动摩擦因数。回答下列问题:(1) 测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图8所示。其读数为 cm。图8(2)物块的加速度a可用d、x、tA和tB表示为a。(3)动摩擦因数可用M、m

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