2探究加速度與力、質量的關系基礎過關練題組一實驗原理與操作1.用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質量M的關系,某位同學設計的實驗步驟如下:A.用天平稱出小車和沙桶及內部所裝沙子的質量;B.按圖裝好實驗器材;C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶;D.將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,并在紙帶上標明小車的質量;E.保持沙桶及其中沙子的質量不變,增加小車上的砝碼個數,并記錄每次增加后的M值,重復上述實驗;F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值;G.作a-M關系圖像,并由圖像確定a-M關系。(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是,該步驟應排在步驟之后。

(2)在上述步驟中,有錯誤的是步驟,應把改為。

(3)在上述步驟中,處理不恰當的是步驟,應把改為。

題組二實驗數據處理與誤差分析2.在探究物體質量一定,加速度與其所受合外力的關系的實驗中,小車及車中的砝碼質量用M表示,盤及盤中的砝碼質量用m表示。甲(1)為了繩中張力近似等于盤及盤中砝碼的總重力,M與m的關系應滿足。

(2)圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分,A、B、C、D、E、F、G為計數點,且每兩個計數點間還有4個點未畫出,已知打點計時器使用的交流電的周期為T,則打B點時小車的瞬時速度大小為,小車的加速度大小為。

乙(3)某實驗小組得到的a-F圖線如圖丙所示,圖線未過坐標原點的原因可能是,圖線末端彎曲的原因是。

丙

能力提升練題組一實驗方法和探究過程1.(2024廣西欽州四中月考)如圖甲為某同學“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置。(1)平衡摩擦力時,要先(填“掛上”或“取下”)砂桶。改變小車質量M后(選填“需要”或“不需要”)再次平衡摩擦力。

(2)圖乙為該同學實驗中得到的一條紙帶的一部分。已知電火花打點計時器所接電源頻率為50Hz,A、B、C、D、E是紙帶上的五個計數點,每相鄰兩個計數點間有四個點沒有畫出,由此可得小車的加速度大小為m/s2(計算結果保留兩位有效數字)。

(3)該同學根據實驗數據畫出如圖丙所示的a-F圖像,請你幫他總結下結論:。

(4)該同學繼續實驗,并將實驗獲得的數據繪制成a-1M圖線,如圖丁所示。圖線的后段出現彎曲的原因是。題組二數據處理與誤差分析2.(2024湖南株洲期末)某實驗小組用如圖甲所示裝置探究“加速度與力、質量的關系”,小車在繩子的拉動下做勻加速直線運動,通過在小車上增減重物來改變小車質量,用電火花打點計時器打下的紙帶來測量加速度。回答下列問題:(1)電火花打點計時器應接在電源上(選填“直流”或“交流”)。

(2)若用鉤碼的重力近似充當小車所受合外力F,則必須進行兩個必要操作:①平衡摩擦力,即調節木板的傾斜度,使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板做運動;②小車和重物的總質量鉤碼的質量(選填“遠大于”或“遠小于”)。

(3)圖乙是某次實驗得到的紙帶,部分實驗數據已標出,電火花打點計時器的打點時間間隔為0.02s,則該小車的加速度a=m/s2(結果保留兩位小數)。

(4)為了分析合力一定時加速度與質量的定量關系,該實驗小組在數據處理時采用圖像法,作出了如圖丙、丁兩種圖像,下列說法正確的是。

A.可以直接從圖丙中直觀得出加速度與質量成反比B.只能從圖丁中直觀得出加速度與質量成反比C.從圖丙和圖丁中都能直觀得出加速度與質量成反比題組三實驗拓展創新3.(2024河南周口期末)氣墊導軌是一種現代化的實驗儀器,它利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內腔,再由導軌表面上的小孔中噴出,在導軌表面與滑行器之間形成很薄的氣墊層,滑行器就浮在氣墊層上,與導軌面脫離接觸,因而能在導軌面上做近似無阻力的直線運動,極大地減小了以往在力學實驗中由于摩擦力引起的誤差,使實驗結果接近理論值。光電門傳感器主要由光電門和遮光條組成,當寬度為Δs的遮光條通過光電門時,傳感器就會測出遮光條通過光電門的遮光時間Δt,由此求出在極短的遮光時間Δt內遮光條的平均速度v=ΔsΔt,這個速度可以認為就是遮光條通過光電門的瞬時速度。某學習小組用氣墊導軌和光電門傳感器做“探究物體加速度與合外力的關系”實驗,裝置如圖甲所示學習小組用鉤碼的重力替代滑塊受到的合力,以探究滑塊的加速度與合外力的關系,請補充完成下列實驗步驟的相關內容:①實驗前測出遮光條寬度d,通過刻度尺測出光電門1到氣墊導軌右端的距離s并記錄。②滑塊(包括遮光條)質量M與所掛鉤碼質量m應滿足條件是。

③實驗操作前需要完成的步驟。

A.調節螺釘,使氣墊導軌水平B.將氣墊導軌右端盡量墊高④調節定滑輪,使連接滑塊的細線與氣墊導軌平行。⑤將滑塊置于氣墊導軌右端靜止,在細繩上掛上適當的鉤碼并用手托住,記下其質量m,接通氣源,靜止釋放鉤碼(鉤碼釋放前,細繩剛好處于拉直狀態)。⑥從數字計時器中讀出遮光條經過光電門1的遮光時間t。步驟⑤、⑥中:滑塊所受合外力為F=,滑塊通過光電門1的速度表達式為v=,滑塊的加速度為a=。(用測得的物理量字母表示)

⑦改變所掛鉤碼個數(仍然滿足步驟②中條件),重復⑤⑥步驟;作出a-F圖像如圖乙所示,最終得出結論:在誤差允許范圍內,當物體質量一定時,物體的加速度與合力成關系。

答案與分層梯度式解析2探究加速度與力、質量的關系基礎過關練1.答案(1)平衡摩擦力B(2)D6V電壓的蓄電池6V交流電源(3)Ga-Ma-1解析(1)實驗中把沙桶及桶中沙子的重力看作與小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,必須在步驟C前平衡摩擦力。(2)電磁打點計時器必須接在6V交流電源上。(3)根據題述可知,作a-M關系圖像,得到的是曲線,很難得出正確的結論,應該“化曲為直”,改作a-1M2.答案(1)m遠遠小于M(2)d(3)見解析解析(1)為了繩中張力近似等于盤及盤中砝碼的總重力,即繩拉小車的力近似等于盤及盤中砝碼的總重力,M與m的關系應滿足m遠遠小于M。(2)相鄰兩計數點之間的時間間隔為t=5T,打B點時小車的瞬時速度大小為vB=d22t=d2(3)a-F圖線未過坐標原點的原因可能是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。圖線末端彎曲的原因是沒有滿足m遠遠小于M。能力提升練1.答案(1)取下不需要(2)0.43(3)質量保持不變時,小車的加速度a與力F成正比(4)不滿足M?m的條件解析(1)平衡摩擦力時,需要小車的重力沿斜面向下的分力來平衡摩擦力,所以不需要有繩的拉力,要先取下砂桶。平衡摩擦力時,因為Mgsinθ=μMgcosθ,改變小車的質量時,等式仍然成立,所以改變小車質量M后不需要再次平衡摩擦力。(2)電火花打點計時器在紙帶上打相鄰兩點的時間間隔T0=1f=150s=0.02s,A、B、C、D、E是紙帶上的五個計數點,每相鄰兩個計數點間有四個點沒有畫出,所以相鄰兩計數點之間的時間間隔為T=5T0=0.10s,xAC=2.40cm,xCE=4.10cm,根據Δx=at2得a=Δxt2=xCE-(3)根據題圖丙可知,加速度a與力F的關系圖線為過原點的傾斜直線,說明質量保持不變時,小車的加速度a與力F成正比。(4)圖線的后段為曲線的原因是不滿足M?m的條件。因為mg=(m+M)a,F=Ma解得F=11+mMmg,只有當M?m時,F=mg,a2.答案(1)交流(2)勻速直線遠大于(3)0.51(4)B解析(1)電火花打點計時器應接在交流電源上;(2)平衡摩擦力時應使小車在不受牽引狀態下能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動;為了使小車所受的合力近似等于鉤碼的重力,應使小車和重物的總質量遠大于鉤碼的質量;(3)由題意可得圖乙中相鄰兩點的時間間隔為0.02s,根據逐差法可知小車的加速度為a=(7.21+7.72)-(6.19+6.70)×10-2(2×5×0.02)2m/s2=0(4)從圖丁中能直觀得出a與1m成正比,所以在力F一定的條件下加速度與質量成反比,方法技巧實驗中所作的a-F圖像有時不過原點,出現這種現象的原因可能是:實驗中沒有考慮盛放砝碼的托盤的質量,誤將砝碼的重力當作拉力F;平衡摩擦力時木板墊得太高了,則會出現圖甲的情況;若實驗中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,則會出現圖乙的情況。3.答案②m?M③A⑥mgdtd解析②設滑塊所受合力大小為F,對滑塊根據牛頓第二定律有F=Ma,對鉤碼同理有mg-F=ma,解得F=