探究加速度与力和质量的关系

验证牛顿第二运动定律相关知识点典型例题在做“验证牛顿第二定律”的实验时(装置如图1所示)(1)研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：(A)用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量．(B)按图装好实验器材．使带滑轮长木板右端抬起，平衡摩擦力．(C)把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶．(D)将打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，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)保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，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关系图象，并由图象确定a、M关系．在上述步骤中，有错误或处理不恰当的是步骤_____，应把_____改为_____．步骤_____，应把_____改为_____．(2)利用上题装置做“验证牛顿第二定律”的实验时：甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图2所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图象为图中的Ⅱ直线．直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大．明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是_____．(A)实验前甲同学没有平衡摩擦力(B)甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了(C)实验前乙同学没有平衡摩擦力(D)乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了(3)在用接在50Hz交流电源上的打点计时器测定小车做匀加速直线运动的加速度的实验中，得到如图3所示的一条纸带，从比较清晰的点开始起，每5个打印点取一个计数点，分别标上0、1、2、3…量得0与1两点间的距离s1=30mm，3与4两点间的距离s4=48mm，打下0与1两点之间时间内小车的平均速度_____m/s，则小车的加速度为_____m/s2．答案：D6V电压的蓄电池6V的低压交流学生电源Ga-Ma-BC0.300.60解析:（1）电磁打点计时器使用4-6v的低压交流学生电源；a-图象是一条过坐标原点的正比例关系而图象a-M图象是曲线．（2）直线Ⅰ在纵轴上的截距较大说明当拉力为0时物体的加速度大于0；直线Ⅱ在横轴上的截距较大说明当拉力大于0时物体的加速度等于0，即此时合力仍等于0．（3）利用平均速度公式=求平均速度．利用逐差法根据△S=at2可求物体的加速度，则s4-s3=3at2．解：（1）电磁打点计时器使用的是4-6v的低压交流电源，故步骤D中不能使用蓄电池而应该使用4-6v的低压交流学生电源．根据牛顿第二定律可知物体的加速度a与物体的质量M成反比，所以a-M图象是曲线，而仅仅根据曲线很难判定加速度a与物体的质量M到底是什么关系，但应该成正比例关系，而正比例关系图象是一条过坐标原点的直线，所以应作a-图象．（2）我们认为绳子的拉力就等于物体所受的合外力，而直线Ⅰ意味着当拉力为0时物体的加速度大于0，即合力不为0，这说明物体的重力沿斜面的分量大于物体所受的斜面的摩擦力，即平衡摩擦力过度，即在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了．Ⅱ直线意味着当拉力大于0时物体的加速度等于0，即此时合力仍等于0，这说明拉力与重力沿斜面的分力的和等于物体所受到的滑动摩擦力，即忘记平衡滑动摩擦力和平衡摩擦力不够即把长木板的末端抬得过低了．故可能正确的为BC．故选BC．（3）0和1两点之间的平均速度====0.30m/s，利用逐差法根据△S=at2可得物体的加速度a===0.60m/s2故答案为0.30m/s，0.60m/s2．故本题的答案为（1）答案：D，蓄电池，学生电源G，a-M，（2）（B）（C）（3）0.30m/s，0.60m/s2．最新试题1.如图甲所示，用n条相同材料制成的橡皮条彼此平行地沿水平方向拉一质量为m的物块．改变橡皮条条数进行多次实验，保证每次橡皮条的伸长量均相同，则物块的加速度a与所用橡皮条的数目n的关系如图乙所示．若更换物块所在水平面的材料，再重复做这个实验，则图乙中直线与水平轴线间的夹角将()A.变小B.不变C.变大D.与水平面的材料有关2.(1)在一次课外探究活动中，某同学用图甲所示装置测量放在水平光滑桌面上的铁块A与长金属板B间的动摩擦因数，已知铁块A的质量m=1kg，金属板B的质量m′=0.5kg，用水平力F向左拉金属板B，使其向左运动，弹簧秤示数稳定时如图甲所示(已放大)，则A、B间的动摩擦因数μ=_____．(g=10m/s2)(2)该同学还设计将纸带连接在金属板B的后面，通过打点计时器连续打下一些计时点，测量后的结果如图乙所示，图中几个连续的计数点的时间间隔0.1s，由此可知水平力F=_____N．3.(1)某学生做“验证牛顿第二定律”的实验．在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大．他所得到的a-F关系可用下列哪根图线表示？图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力．正确选项是_____．A、B、C、D、(2)某同学用纸带研究作匀变速直线运动的小车的加速度时，从打出的纸带中选出一条较好的纸带，每隔4个点作为一个计数点，并标记为0、1、2、3、4、…．该同学测量出1与2两点间的距离为S12，3与4两点间的距离为S34，实验中使用的电源频率为f，由此可算出小车运动的加速度a=_____．(答案用题中给出的物理量表示)(3)在研究物体平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L=1.25cm．若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0=_____(用L、g表示)，其值是_____．(g=9.8m/s2)4.(1)用图(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律．①某同学通过实验得到如图(b)所示的a-F图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时_____．图中a0表示的是_____时小车的加速度．②某同学得到如图(c)所示的纸带．已知打点计时器电源频率为50Hz．A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．△s=sDG-sAD=_____cm．由此可算出小车的加速度a=_____m/s2(保留两位有效数字)．(2)如图(d)所示的实验电路．①为了粗测“2.5V0.6W”小电珠的电阻，必须将开关_____断开．把多用电表选择开关旋转到“×_____Ω”挡；进行欧姆调零后，将红、黑表笔分别与小电珠两极相接触，测得小电珠的阻值如图(e)所示，其读数为_____Ω．②将选择开关置于直流电压档，闭合S1、S2，此时测得的是_____两端电压．③为了测量小电珠的电流，应将选择开关置于直流电流档，闭合开关_____，断开开关_____，然后将红、黑表笔分别接S2的左、右接线柱．5.关于“用DIS探究牛顿第二定律”的实验，如图是本实验的装置图，图中固定在小车上的是()传感器的()部分．本实验通过()来改变对小车的拉力，通过()来改变小车的质量．6.“验证牛顿第二定律”实验(1)实验思路：①保持小车质量不变，改变细线对小车的______测出小车的______，验证______和______是否成正比；②保持细线对小车的牵引力不变，改变小车的______，测出小车______，验证______是否与______成反比．(2)①如左下图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在图示状态下，开始做实验，该同学有装置和操作中的主要错误是：(至少三项)______．②根据牛顿第二定律实验做出的a-F图线应如右上图中图线1所示，有同学根据实验作出图线如右上图中的图线2所示，其实验过程中不符合实验要求的操作是______，有同学根据实验作出的图线如右上图中的图线3所示，其实验过程中不符合实验要求的操作是______和______．7.(1)．如图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在图示状态下，开始做实验，该同学有装置和操作中的主要错误是：______(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等于小沙桶和沙的总重量，通常采用如下两个措施：(A)平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在小桶的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；(B)调整沙的多少，使沙和小沙桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M．请问：①以上哪一个措施中有何重大错误？______②在改正了上述错误之后，保持小车及砝码质量M不变．反复改变沙的质量，并测得一系列数据，结果发现小车受到的合外力(小桶及砂重量)与加速度的比值略大于小车及砝码质量M，经检查发现滑轮非常光滑，打点计时器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出现这种情况的主要原因是什么？______(3)图乙是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是0.02s，结合图乙给出的数据(单位cm)，求出小车运动加速度的大小为______m/s2，并求出纸带中P点瞬时速度大小为______m/s(计算结果均保留2位有效数字)8.在验证牛顿第二定律的实验中备有下列器材：A．打点计时器B．天平C．秒表D．低压交流电源E．干电池组F．纸带G．细绳．夹子．砝码．小盘．小车．导线H．薄木板I．复写纸(1)其中多余的器材是______(填对应字母)(2)本实验还需要的器材是______．9.在利用右图所示装置进行的“验证牛顿第二定律”实验中，为了使小车受到的合外力等于小沙桶和沙的总重力，通常采用如下两个措施：(A)平衡摩擦力：在长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，Y反复移动木块的位置，直到小车在小桶的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；(B)调整沙的多少：使沙及小沙桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M，在实际操作中一般取m约为M的1/100．请问：(1)以上哪一个措施中有何重大错误？(2)在改正了上述错误之后，保持小车和砝码的总质量M不变．反复改变沙的质量，并测得一系列数据，结果发现小车受到的合外力(小桶及砂的重量)与加速度的比值略大于小车和砝码的总质量M，经检查发现滑轮非常光滑，打点计时器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出现这种情况的主要原因是什么？①______②______．