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1、第2节实验:探究加速度与力、质量的关系实验原理及步骤1.(2017山西大学附中检测)(多选)用如图所示的装置可做探究小车速度随时间变化的规律,探究加速度与力、质量的关系,其操作过程中下列说法正确的是(AB)A.探究小车速度随时间变化的规律,可以不用调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力B.探究加速度与力、质量的关系,需要使牵引小车的细线与长木板保持平行C.两个实验中都要通过纸带求小车的加速度D.探究加速度与力、质量的关系,增减托盘中砝码时,需要重新调节木板倾斜度解析:探究小车速度随时间变化的规律时是根据纸带算出小车的速度,作出v-t图像不需要平衡摩擦力,选项A正确;探究加速度与力、质量的关系的
2、实验中,在安装实验装置时,应调整滑轮的高度,使细线与木板平行(或水平),否则,对小车的拉力不再单纯使小车产生加速度而造成误差,选项B正确;两个实验中,前者无需通过纸带求加速度,选项C错误;在探究加速度与力、质量的关系时,每次改变小车的质量,小车的摩擦力总能抵消,不需要重新平衡摩擦力,选项D错误.2.(2017北京房山检测)图(甲)是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图,图(乙)是其俯视图.两个相同的小车,放在比较光滑的水平板上(摩擦力很小,可以略去),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里可放砝码.两个小车后端各系一条细线,细线后端用夹子固定,打开夹子,小盘和砝码牵引小
3、车运动,合上夹子,两小车同时停止.用刻度尺测出两小车通过的位移,则位移之比就等于它们的加速度之比.为了探究加速度与力之间的关系,下列说法中正确的是(C)A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量B.若将小车放在粗糙水平板上,对实验结果没有影响C.位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比D.可在两小盘内放置相同质量的砝码,在两小车内放置不同质量的砝码进行实验解析:盘和盘中砝码的质量应远小于小车的质量,绳对小车拉力可认为等于盘和盘中砝码的重力,选项A错误;若使用粗糙木板,则粗糙木板有摩擦力,小车受到的力不等于绳子的拉力,不能探究加速度与力之间的真实关系,选项B错误;根据初速度为零的匀变
4、速直线运动公式x=at2,用刻度尺测量两小车通过的位移,两车的位移之比就是加速度之比,而加速度与力F相对应,所以可以通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系,选项C正确;由于实验是探究加速度和力之间关系,应保证两小车内放置相同质量的砝码,在两小盘内放置不同质量的砝码改变拉力,选项D错误.数据处理及误差分析3.(2017大连高一检测)在“探究加速度与力、质量关系”的实验中,探究加速度a与质量M的关系时,没有注意始终满足M远大于m的条件(m为钩码和盘的质量),结果得到的图像应是图中的(D)解析:在研究加速度跟小车质量M的关系时,保持m不变,改变小车质量M,在小车质量M远大于重物质量m时,可以
5、认为小车受到的拉力F=mg,此时加速度a与小车质量M成反比,与成正比,以为横轴,a为纵轴,则a-图像应是过原点的直线,当减少小车中的砝码,质量M不满足远大于重物质量m时,小车受到的拉力明显小于重物重力,其加速度缩小,a-图像向下弯曲,选项A,B,C错误,D正确.4.(2017遵义四中检测)用如图(甲)所示的装置,在“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为 .(2)改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验.图(乙)是他在实验中得到的一条纸带,图中相邻的两计数点之间的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可算出小
6、车的加速度a为m/s2.解析:(1)打点计时器需要6 V以下的交流电源才能正常工作,不能使用干电池;为保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合外力,实验前必须平衡摩擦力,该装置没有平衡摩擦力;为了在纸带上打下较多的点,小车的初始位置应靠近打点计时器.(2)加速度可用逐差法求出a=0.195 m/s2.答案:(1)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;小车的初始位置靠近滑轮(2)0.1955.(2017武汉一中检测)某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验,如图(甲)为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长木
7、板,实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重力,小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得.(1)某次实验时,测得小车和小车上的钩码总质量为800 g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是.A.50 gB.500 gC.5 kgD.50 kg(2)如图(乙)为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为50 Hz,根据纸带可求得电火花计时器打B点时的速度为m/s,小车的加速度大小为m/s2.(结果均保留两位小数)(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时,某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注,但尚未完成图像如图(丙)所示.请继续帮助该同学作出坐标系中的图像.(4)在“探究加速度a
8、与合力F的关系”时,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图(丁)所示,图线不通过坐标原点的原因是 .解析:(1)为了使细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重力,则需要满足小车和小车上的钩码总质量远大于细砂和小桶的总质量,若小车和小车上的钩码总质量为800 g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是50 g,选项A正确,B,C,D错误;(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度,即B点的瞬时速度,故vB=1.63 m/s.由逐差法求解小车的加速度,a=1.72 m/s2,(3)由坐标系中标注点可看出这些点大致在一条直线上,过这些点作一条直线,即为a与的关系图像.如图所示(
9、4)图线不通过坐标原点,F不为零时,加速度仍为零,知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够.答案:(1)A(2)1.631.72(3)见解析(4)未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够6.(2017重庆检测)如图1为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”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=48.0 cm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:将拉力传感器固定在小车上;调整长木板的倾斜角度,以平衡小车受到的摩擦力,让小车在不受拉力作用时能在木板上做运动;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
10、;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;改变所挂钩码的数量,重复的操作.(2)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率的平方差,则加速度的表达式a=,请将表中第3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/s2)a(m/s2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.3442.003.483.6352.624.654.8463.005.495.72(3)由表中数据在图2中描点并作出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是 .解析:(1)当小车做匀速直线运动时,说明摩擦力被平衡.(2)根据匀变速直线运动的位移与速度公式有v2-=2ax可知加速度为a=,根据表中实验数据解得a=2.44 m/s2.(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出图像,如图所示.(4)对比图像可知,实际图像没有过原点而是和横坐标有交点,造成这种偏差的原因是没有完全平衡摩擦力.答案:(1)匀速直线(2)2.44(3)见解析(4)没有完全平衡摩擦力
