探究加速與力和質(zhì)量的關(guān)系練習(xí)題

1、 “探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)及練習(xí)1.實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3.實(shí)驗(yàn)條件：只有滿足Mm，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4.一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。5.作圖：作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)，各量須采用國際單位，這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密，誤差會小些。誤差分析1.因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差：

2、本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與基本操作【例1】在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：圖1(1)實(shí)驗(yàn)中，需要在木板的右端墊上一個(gè)小木塊，其目的是_。(2)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為m，若要將砝碼(包括砝碼盤)的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是_。(3)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說法正確的是_(填序號)。A.求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，可用天平測

3、出小盤和砝碼的質(zhì)量M和m，以及小車質(zhì)量M，直接用公式ag求出B.實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車C.每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D.先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系解析(1)本實(shí)驗(yàn)?zāi)景灞砻娌豢赡芄饣Σ亮绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果，所以要平衡摩擦力。(2)根據(jù)牛頓第二定律得，mg(Mm)a，解得a，則繩子的拉力FMa，可知當(dāng)砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力等于砝碼(包括砝碼盤)的總重力，所以應(yīng)滿足的條件是砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。(3)本實(shí)驗(yàn)

4、的目的是：探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，所以不能把牛頓第二定律當(dāng)成已知的公式來使用，故A錯(cuò)誤；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，都應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶，故B正確；平衡摩擦力后tan ，與重物的質(zhì)量無關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，故D正確。答案(1)平衡摩擦力(2)mM(3)BD【變式訓(xùn)練】1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)采用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼質(zhì)量為M，砂桶及砂的質(zhì)量為m。圖2(1)若已平衡摩擦力，在小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過程中，繩的張力大小FT_，當(dāng)M與m的大小滿足_時(shí)，才可認(rèn)為繩子對小車的拉力大小等于砂和砂桶的重力。(2)某同學(xué)在保持砂和砂桶質(zhì)量m一定

5、的條件下，探究小車加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，其具體操作步驟如下，則做法合理的有()A.平衡摩擦力時(shí)，砂桶應(yīng)用細(xì)線通過定滑輪系在小車上且小車后面的紙帶也必須連好B.每次改變小車質(zhì)量M時(shí)，都需要重新平衡摩擦力C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車D.用天平測出m及M，直接用公式a求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度解析(1)由牛頓第二定律知：對小車有FTMa，對砂和砂桶有mgFTma，所以FT，可見當(dāng)Mm時(shí)，F(xiàn)Tmg。(2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)在不掛砂桶的情況下讓小車帶著紙帶勻速下滑來平衡摩擦力，A錯(cuò)誤；每次改變小車質(zhì)量M時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車，C正確；小車運(yùn)動(dòng)的加

6、速度必須由紙帶上的測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到，D錯(cuò)誤。答案(1)Mm(2)C熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】一小組的同學(xué)用如圖3所示裝置做“探究物體質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。圖3(1)下列說法正確的有_。A.平衡摩擦力時(shí)，用細(xì)線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，將木板適當(dāng)傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應(yīng)重新平衡摩擦力C.應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量D.砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時(shí)，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力(2)圖4甲為實(shí)驗(yàn)中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分。從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上

7、標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有標(biāo)出，用刻度尺分別測量出A點(diǎn)到B、C、D、E的距離如圖4所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電源上，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)加速度的測量值a_m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖4(3)某同學(xué)平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，分別測量出小車的加速度a。以砝碼盤及砝碼的重力F為橫坐標(biāo)，以小車的加速度a為縱坐標(biāo)，得到如圖乙所示的aF圖線，則圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的主要原因是_。解析(1)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將細(xì)線從小車上取下，輕輕推動(dòng)小車，使小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；每次改變

8、砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，不需要重新平衡摩擦力，B錯(cuò)誤；應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量，C錯(cuò)誤；砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量時(shí)，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力，D正確。(2)a m/s21.2 m/s2。(3)當(dāng)F0時(shí)，a0，也就是說當(dāng)細(xì)線上沒有拉力時(shí)，小車就有加速度，這是平衡摩擦力時(shí)木板傾角偏大，即平衡摩擦力過度引起的。 答案(1)D(2)1.2(3)平衡摩擦力過度【變式訓(xùn)練】2.如圖5所示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼。兩小車

9、后端各系一條細(xì)繩，一起被夾子夾著使小車靜止。打開夾子，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)；關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來，用刻度尺測出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)。圖5實(shí)驗(yàn)次數(shù)車號小車質(zhì)量(g)小盤質(zhì)量(g)車中砝碼質(zhì)量(g)盤中砝碼質(zhì)量(g)小車位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010請回答下述問題：(1)在每一次實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩車的位移之比等于_之比，請簡要說明實(shí)驗(yàn)原理：_；(2)第一次實(shí)驗(yàn)控制了_不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是_；(3)第二次實(shí)驗(yàn)控制了_不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可

10、得出的結(jié)論是_；(4)第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)先測量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)論，計(jì)算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好。請問，他計(jì)算出的乙車的位移應(yīng)該是_。解析(1)由于兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，由xat2，知甲、乙兩車的位移之比等于加速度之比，即x甲x乙a甲a乙。(2)第一次實(shí)驗(yàn)中控制小車質(zhì)量不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，小車加速度與拉力成正比。(3)第二次實(shí)驗(yàn)中控制小車所受拉力不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，小車加速度與質(zhì)量成反比。(4)，得x乙30 cm。答案(1)加速度；見解析(2)小車質(zhì)量；小車加速度與拉力成正比(3)小車所受拉力；小車

11、加速度與質(zhì)量成反比(4)30 cm熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。視角1實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)氣墊導(dǎo)軌(不用平衡摩擦力)長木板視角2數(shù)據(jù)測量的改進(jìn)視角3實(shí)驗(yàn)的拓展延伸以“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”為背景測量物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。【例3】（2014·新課標(biāo)全國卷）某同學(xué)利用圖6甲所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖乙所示。實(shí)驗(yàn)中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為200 g，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到。回答

12、下列問題：圖6(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 (填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖乙可知，am圖線不經(jīng)過原點(diǎn)，可能的原因是。(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是。解析(1)把圖乙中的點(diǎn)用平滑線連接后，可以看出，am圖線是曲線即非線性。(2)由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但加速度仍為零，可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。(3)改進(jìn)措施：第一圖線不過原點(diǎn)，要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力

13、等于鉤碼的重力，要求鉤碼質(zhì)量不能太大，即遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量【變式訓(xùn)練】3圖7為測量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖7用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M，重物的質(zhì)量m，用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d，用米尺測量兩光電門之間的距離x；調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；讓物塊從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時(shí)間tA和tB，求出加速度a；多次重復(fù)步驟，求a的平均值；根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)?；卮鹣铝袉栴}：(1) 測量d時(shí)，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為1 mm)的示數(shù)如圖8所示。其讀數(shù)為 cm。圖8(2)物塊的加速度a可用d、x、tA和tB表示為a。(3)動(dòng)摩擦因數(shù)可用M、m