名师一号4-2实验探究加速度与力质量的关系

(学生用书P76)巩固基础1．在用实验探究加速度与力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析中，正确的是()A．实验的基本思路是：保持物体质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系B．实验的基本思路是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度和质量的关系C．处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中的描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比D．在处理数据时，以a为纵坐标，M为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点不在一条过原点的直线上，说明a与M成反比解析：本实验是利用控制变量法得到a、F、M三者的关系，A、B、C所述符合实验的思路和处理数据的要求，如果在a－M图象中的点，不是一条过原点的直线，不能说明a与M成反比的关系，故D选项错误．答案：ABC2．在探究加速度与力、质量的关系实验中，下列做法和理由正确的是()A．实验中所用电源为低压直流电源B．可以将装有砂子的小桶用钩码代替，这样会使实验更加方便C．实验结果不用a－M图象，而用a－1/M图象，是为了便于根据图象直观地作出判断D．小车运动的加速度可用天平测出小桶和砂的质量(M′和m′)以及小车质量M后直接用公式a＝(M′＋m′)g/M求出，(M′＋m′)≪M解析：实验利用打点计时器打点，用低压交流电源；实验中要使沙和沙桶的总质量m，远小于小车质量M，而且当改变外力时，可加入适量沙子，不能用钩码代替；实验结果的处理，a－1M图象理论上是一条直线，更便于根据图象做出判断，故C选项正确；D选项是从牛顿第二定律从理论上来求得，此实验是探究质量、外力、加速度三者的关系，根本不可能从理论上去求加速度．答案：C3．在本实验中，下列说法中正确的是()A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B．实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力解析：此实验的阻力不仅有小车与木板之间的摩擦，还有纸带与打点计时器限位孔之间的阻力，故平衡摩擦力时小车后面的纸带必须连好，故D选项正确；平衡摩擦力时不能挂小桶，让小车在木板上滑动，本实验应确保小车质量远大于沙和沙桶的总质量，这样才能认为沙和沙桶的重力近似等于对小车的拉力；物体的加速度a与质量M的关系图线不是直线．答案：D4．在探求a与F、m关系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.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、小车、沙和桶；H.薄木板其中多余的器材是__________________，缺少的器材是__________________．答案：C、E、H附有定滑轮的长木板、刻度尺5．某学生在探究加速度与力、质量的关系实验中，测得小车的加速度a和拉力F，如下表所示：F/N0.200.300.400.50a/(m·s－2)0.100.210.290.40(1)根据表中的数据在下图中的方格纸上作a－F的图象．(2)图线在F轴上的截距的物理意义是__________________________________．(3)图线斜率的物理意义是____________________________________________．答案：(1)略(2)小车所受的阻力大小(3)小车和砝码总质量的倒数6．按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序以字母代号填写在下面横线上：________________.A．保持小桶里沙子的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次B．保持小车质量不变，改变小桶和沙子的质量，测出加速度，重复几次C．用天平测出小车和小桶的质量D．平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动E．挂上小桶，放进沙子，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点F．根据测量的数据，分别画出a－F和a－1m的图象答案：DCEABF或DCEBAF能力提升7．探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F；用打点计时器测出小车的加速度a；得出若干组F和a的数据．然后根据测得的数据作出如下图所示的a－F图象，发现图线既不过原点，也不是直线，原因是()A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大解析：a－F图象不过原点，说明实验时没有平衡摩擦力或木板垫的低，没有彻底平衡摩擦力，实验中当小车质量一定时，小车的加速度的测量值a测＝mgM＋ma理＝mgM，所以a－F图象不是直线，而且F越大，即mg越大越明显，故C选项正确．答案：C8．如下图所示为某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小解析：a－F图象在a轴有截距说明平衡摩擦时木板角度过大，a－1M图象在1M轴有截距说明小车还受到摩擦力作用，即木板倾角过小，故A、D选项正确．答案：AD9．上述实验中沙和桶的总质量m和车与砝码的总质量M间必须满足的条件是________．实验中打出的纸带如下图所示．相邻计数点间的时间是0.1s，图中长度单位是cm，由此可以算出小车运动的加速度是________m/s2.解析：小车在沙桶的拉力作用下做匀加速直线运动，绳的拉力略小于沙和沙桶的重力，小车的加速度越小，绳的拉力越接近沙和沙桶的重力mg，只有m≪M时才满足运动时的加速度很小，即认为沙和桶的总重mg为对小车的拉力．s4－s1＝3aT2a＝s4－s13T2＝2.62－1.24×10－23×0.12m/s2＝0.46m/s2.答案：M≫m0.46m/s210．用如图所示装置，探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：(1)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图所示．请你指出该装置中错误或不妥之处：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验．下图是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s，由图中的数据可算得小车的加速度a为________m/s2.解析：打点计时器必须使用交流电源，不能使用干电池，为保证细绳对小车的拉力作为小车受到的合外力，实验前必须平衡摩擦力，该装置却没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下更多的点，实验时小车的初始位置离打点计时器不可太远．(2)加速度可用逐差法求出a＝x后两段－x前两段4T2＝[4.04－1.63－1.63]×10－24×0.12m/s2＝0.195m/s2.答案：(1)打点计时器不应使用干电池，应使用交流电源；实验中没有平衡小车的摩擦力；小车初始位置离打点计时器太远(2)0.19511．(拓展创新)两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图(a))．小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小．小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图(b))，控制两辆小车同时开始运动和结束运动．(1)保证让小车质量M1＝M2，在小车上作用力水平外力F1、F2，从静止释放，经过实验得到了经相同时间内两小车的位移分别为x1＝25.00cm，x2＝49.80cm.用天平称量两小盘及其中砝码的质量m1＝25g，m2＝50g.由以上数据得到的结论为_________________________________________________________________________________________________________________________.(2)保证每个小车所挂小盘及其中砝码的质量相同，分别拉动质量M1＝500g，M2＝1000g的小车重复以上实验在相同时间内得到x1＝38.40cm，x2＝19.00cm.由以上数据，得到结论是__________________________________________________________________________________________________________________________.解析：小车做初速度为零的匀加速直线运动，由位移公式x＝12at2可知，a＝2xt2，当时间相同时，加速度之比等于位移之比，即a1a2＝x1x2.(1)当小车质量相同，作用不同外力时，位移之比x1x2＝25.0049.80＝12＝a1a2，而外力之比，即F1F2＝m1gm2g＝2550＝12.即结论，在质量一定时，物体的加速度与外力成正比．(2)x1x2＝38.4019.00＝21.M1M2＝5001000＝12.即当外力一定时，物体的加速度跟质量成反比．答案：(1)在质量一定时，物体的加速度跟外力成正比(2)在外力一定时，物体的加速度跟质量成反比