实验对点训练4　探究加速度与物体受力、物体质量的关系

3/4实验对点训练(四)探究加速度与物体受力、物体质量的关系1．某同学进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图：(1)实验用到的打点计时器是用来记录________和________的仪器。(2)在进行实验时，该同学将长木板不带滑轮的一端垫高，使得小车在不受牵引时能拖动纸带沿长木板做________运动，该操作的目的是平衡阻力。(3)当槽码的质量m和小车的质量M大小关系满足________时，可以认为小车所受的拉力大小与槽码所受的重力大小相等。2．某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：图(a)(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n＝1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余N—n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n＝2时的s-t图像如图(b)所示。由图(b)求出此时小车的加速度(结果保留两位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/(m·s-2)0.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点，并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。图(b)图(c)(5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为________kg(结果保留两位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s-2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________A．a-n图线不再是直线B．a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大3．(2024·甘肃卷)用图1所示实验装置探究力一定时加速度与质量的关系。(1)以下操作正确的是________。A．使小车质量远小于槽码质量B．调整垫块位置以平衡阻力C．平衡阻力时移去打点计时器和纸带D．释放小车后立即打开打点计时器(2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为S1，S2，…，S8，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是________。A．a＝1B．a＝1C．a＝1D．a＝1(3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数1a为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的1a-由图可知，在所受力一定的条件下，a与M成________(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的________(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。4．某小组同学用如图甲所示的装置，完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________mm。(2)实验小组将滑块从图甲所示位置由静止释放，测得遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2，两个光电门间的距离为L，则滑块加速度大小a＝________。(用字母Δt1、Δt2、L、d表示)(3)为了减小实验误差，该小组同学测得两个光电门间的距离为L，遮光条从光电门1运动到光电门2的时间为t。保持光电门2的位置及滑块在导轨上释放的位置不变，改变光电门1的位置进行多次测量，经过多次实验测得多组L和t，作出Lt-t图像，如图丙所示。已知Lt-t图像的纵轴截距为v0，横轴截距为t0。则v0表示遮光条通过光电门________(选填“1”或“2”)时的速度大小，滑块的加速度大小a＝________。(用字母v0、t(4)为探究滑块加速度与质量M的关系，保持槽码质量m不变，改变滑块与遮光条的总质量M，实验中用槽码重力mg代替细线拉力，把细线中实际拉力记为F，由此引起的相对误差表示为δ＝mg-FF×100%，请写出δ随M变化的关系式：δ＝______×实验对点训练(四)1．解析：(1)实验用到的打点计时器是用来记录时间和位移的仪器。(2)在进行实验时，该同学将长木板不带滑轮的一端垫高，使得小车在不受牵引时能拖动纸带沿长木板做匀速直线运动，该操作的目的是平衡阻力。(3)对小车、槽码整体根据牛顿第二定律可得加速度为a＝mg故可得绳子中拉力为F＝Ma＝MmgM+m＝故当槽码的质量m和小车的质量M大小关系满足m≪M时，可以认为小车所受的拉力大小与槽码所受的重力大小相等。答案：(1)时间位移(2)匀速直线(3)m≪M2．解析：(3)根据题图(b)可知，当t＝2.00s时，位移s＝0.78m，由s＝12at2，得加速度a＝2st2＝(4)图像如图所示。(5)设小车(空载)质量为m，每个钩码质量为m0，小车空载时，n＝5，加速度为a＝1.00m/s2。由牛顿第二定律得nm0g＝(m＋5m0)a，代入数据得m＝0.44kg。(6)平衡摩擦力时，以小车和钩码整体为研究对象有：nm0g＝(m＋5m0)a，则a＝m0gm+5m0n，即a-n图像的斜率为m0gm+5m0。若保持木板水平，则小车将受到木板的摩擦力，有nm0g－μ[mg＋(5－n)m0g]a＝nm0gm+5m0－μ说明a-n图像仍为直线，但不再过原点，且斜率变大。故选B、C。答案：(3)0.39(4)见解析图(5)0.44(6)BC3．解析：(1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以平衡阻力，也要保持细线和长木板平行，故B正确；平衡阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。(2)根据逐差法可知S5－S1＝4a1T2，S6－S2＝4a2T2，S7－S3＝4a3T2，S8－S4＝4a4T2，联立可得小车加速度表达式为a＝14S8(3)根据题图3可知1a与M成正比，故在所受力一定的条件下，a与M成反比；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律mg＝(m＋M)a，化简可得1a＝1mg·M＋1g，故斜率越小，槽码的质量答案：(1)B(2)D(3)反比槽码4．解析：(1)结合游标卡尺的读数规则可知遮光条的宽度d＝5mm＋0.05×3mm＝5.15mm。(2)由题意可得滑块经过光电门1时的速度v1＝dΔt1，滑块经过光电门2时的速度v2＝dΔt2，滑块由静止释放后做匀加速直线运动，由匀变速直线运动规律有v22(3)由于保持光电门2的位置及滑块在导轨上释放的位置不变，则由初速度为0的匀变速直线运动速度位移公式可得滑块经过光点门2时的速度v2保持不变，由于匀变速直线运动中物体在某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度，则滑块在从光点门1到光点门2的过程，中间时刻的速度为vt2＝Lt，对滑块从该中间时刻运动至光电门2的过程，由运动学