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实验：探究加速度与力、质量的关系1.利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中,以下做法中正确的是()A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B.平衡摩擦力后,长木板位置不能移动,每次改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力C.小车释放前应靠近计时器,实验时,先放开小车,后接通电源D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足,对探究过程也不会产生影响【解析】选B。平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动,A错误;每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,B正确;实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,同时要求开始小车要靠近打点计时器,C错误;当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力,故D错误。2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响,关于该操作环节,下列四种装置图中正确的是()【解析】选B。依靠重力来平衡阻力,同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦,故操作为:需要连上纸带,但是不能挂重物,把打点计时器所在的一端垫高,故B正确,A、C、D错误。3.某同学为探究加速度与合外力的关系,设计了如图甲所示的实验装置。一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上,用轻绳绕过定滑轮及轻滑轮将小车与弹簧测力计相连。实验中改变悬挂的钩码个数进行多次测量,记录弹簧测力计的示数F,并利用纸带计算出小车对应的加速度a。(1)实验中钩码的质量可以不需要远小于小车质量,其原因是__________。A.小车所受的拉力与钩码的重力无关B.小车所受的拉力等于钩码重力的一半C.小车所受的拉力可由弹簧测力计直接测出(2)图乙是实验中得到的某条纸带的一部分。已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,由纸带数据求出小车的加速度a=__________m/s2。(3)根据实验数据绘出小车的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图像,图丙图像中最符合本实验实际情况的是__________。【解析】(1)根据实验原理可知,弹簧测力计的读数为小车所受合外力,则不需要钩码的质量远小于小车的质量的条件,故A、B错误,C正确。(2)在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数,即:Δx=aT2,解得:a==m/s2=0.75m/s2。(3)由题意可知,小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是呈线性关系,实验存在阻力,即是不过原点的一条倾斜直线,故B符合。答案:(1)C(2)0.75(3)B4.小于同学用如图所示的实验装置探究“物体所受合力不变,其加速度与质量的关系”时,得到表中所示的数据。请在坐标纸上用图像处理这些数据,并且根据图像形状得出结论:__________________________________________。物体的质量m/kg物体质量的倒数m-1/kg-1物体的加速度a/(m·s-2)0.205.000.600.303.330.400.402.500.290.502.000.250.601.670.20【解析】根据实验的数据,作出a-图像如图;由图可知,当物体所受合力不变,其加速度与质量成反比。答案:见解析图当物体所受合力不变,其加速度与质量成反比【补偿训练】1.为了验证“当质量一定时,物体的加速度与它所受的合力成正比”,一组同学用图甲所示的装置进行实验,并将得到的实验数据描在图乙所示的坐标图中。(1)下列叙述正确的是()A.保持小车的质量不变,改变沙和桶的总质量B.保持沙和桶的总质量不变,改变小车的质量C.保持小车和沙桶的质量均不变D.同时改变小车和沙桶的质量(2)在图乙中作出a-F图线。(3)由a-F图线可以发现,该组同学实验操作中遗漏了__________这个步骤。(4)根据a-F图线可以求出小车的质量是________(保留两位有效数字)。【解析】(1)本实验探究的是加速度与力之间的关系,故应保证小车质量不变,改变沙和桶的总质量,故A正确。(2)如图(3)从图中发现直线没过原点,当F≤0.16N时,a=0。也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了。该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力这个步骤。(4)根据a=得a-F图线的斜率倒数表示物体的质量。由图像可知,质量为:kg=0.25kg答案:(1)A(2)见解析图(3)平衡摩擦力(4)0.25kg2.如图所示为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小,在长木板上相距L=48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器,分别记录小车到达A、B时的速率。(1)实验主要步骤如下:①将拉力传感器固定在小车上。②平衡摩擦力,让小车在不受拉力时做________运动。③把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;为保证细线的拉力不变,必须调节滑轮的高度使__。④接通电源后自C点释放小车,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB。⑤改变所挂钩码的数量,重复④的操作。(2)下表中记录了实验测得的几组数据,-是两个速度传感器记录速度的平方差,则加速度的表达式a=________,请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留三位有效数字)。次数F/N-/(m2·s-2)a/(m·s-2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.6553.005.495.72(3)由表中数据,在坐标纸上作出a-F关系图线。(4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线),造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外,还可能是___________________。【解析】(1)②平衡摩擦力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动。③为保证细线的拉力不变,细线必须与长木板平行。(2)由匀变速直线运动速度与时间的关系-=2aL可得,a=。将-=4.65m2/s2,L=0.48m代入后可得a≈4.84m/s2。(3)如图所示(4)由作出的a-F图像可知,当拉力F已经大于0时,小车的加速度仍然为0,故可能的原因是没有完全平衡摩擦力。答案:(1)②匀速直线③细线与长木板平行(2)4.84(3)见解析图(4)没有完全平衡摩擦力3.利用如图装置可以做力学中的许多实验。(1)以下说法正确的是________。A.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,必须平衡小车和滑轨间的摩擦力B.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时,必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行C.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,在每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,应使小桶和桶内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器,如图所示为实验室常用的两种计时器,其中甲装置用的电源是____________________________________________。A.交流220VB.直流220VC.交流4～6VD.直流4～6V(3)在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时,实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示。已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电上,则此次实验的纸带中,F点在刻度尺的对应读数为______cm;小车的加速度大小为________m/s2。【解析】(1)“研究匀变速直线运动”实验中,不用平衡小车的摩擦力为了保证让小车做匀加速直线运动,应使细线对小车的拉力恒定,故要让细线与滑轨平行,A错,B对;做探究加速度a与力F的关系的实验时,要平衡好小车的摩擦力,一旦平衡好了再做改变拉力或小车质量实验时,不用再平衡摩擦力,C错。为了保证小桶和砝码的总重力等于细线对小车的拉力,应使它们的总质量远小于小车的质量,D对。(2)甲为电火花计时器,它用220V的交变电流,A正确。(3)F点的读数为40.0mm=4.00cm,小车的加速度a==m/s2=2.5m/s2。答案:(1)B、D(2)A(3)2.002.5