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1、实验三加速度与物体质量、物体受力的关系1.(2019江阴一中月考)某实验小组用图甲所示装置探究加速度与力的关系。甲(1)(多选)关于该实验,下列说法正确的是。A.拉小车的细线要与木板平行B.打点计时器要与6 V直流电源连接C.砂桶和砂的质量要远小于小车和力传感器的质量D.平衡摩擦力时,纸带要穿过打点计时器后连在小车上(2)图乙中的两种穿纸带方法,你认为(选填“左”或“右”)边的打点效果好。乙(3)实验中得到一条如图丙所示的纸带,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,打点计时器所用电源的频率为50 Hz。由图中实验数据可知,打点计时器打下B点时小车的速度vB=m/s,小车的加速度a=m/s2。(结
2、果保留两位有效数字)丙(4)某同学根据测量数据作出的a-F图像如图丁所示。该直线不过坐标原点的原因可能是。丁答案(1)AD(2)右(3)0.160.50(4)平衡摩擦力时,木板倾角过大解析(1)拉小车的细线要与木板平行,选项A正确;打点计时器要与6 V交流电源连接,选项B错误;因为有力传感器,所以砂桶和砂的质量不需要远小于小车和传感器的质量,选项C错误;平衡摩擦力时,纸带要穿过打点计时器后连在小车上,选项D正确。(2)纸带穿过限位孔,压在复写纸的下面效果要好,所以右边效果好。(3)相邻两计数点间有4个点未画出,所以T=0.1 s,vB=xAC2T0.16 m/s,a=xCE-xAC4T20.5
3、0 m/s2。(4)F=0时已经产生加速度,是因为平衡摩擦力时,木板倾角过大。2.(2017镇江月考)在探究加速度与物体质量、物体受力的关系活动中,某小组设计了如图甲所示的实验装置。图中上下两层水平轨道表面光滑,两小车前端系上细线,细线跨过滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使两小车同时开始运动,然后同时停止。甲(1)在安装实验装置时,应调整滑轮的高度,使;在实验时,为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的总质量小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小,能这样比较,是因为。(3)实验中获得的数据如表所示,小
4、车、的质量均为200 g。实验次数小车拉力F/N位移x/cm10.10.246.5120.229.040.343.6330.341.160.444.8040.436.430.545.56在第1次实验中小车从A点运动到B点的位移如图乙所示,请将测量结果填到表中空格处。通过分析,可知表中第次实验数据存在明显错误,应舍弃。乙答案(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动,且两小车的运动时间相等(3)23.36(23.3423.38均对)3解析(1)拉小车的细线要与水平轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时,才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力。
5、(2)对初速度为零的匀加速直线运动,时间相同时,根据运动学公式x=12at2,得a1a2=x1x2。(3)刻度尺的分度值是1 mm,要估读到分度值的下一位,读数为23.86 cm-0.50 cm=23.36 cm。由F=ma可得F1F2=x1x2,对比表中数据可知第3次实验数据存在明显错误,应舍弃。3.(2018南通、徐州、扬州、泰州、淮安、宿迁二调)实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数,提供的器材有:带定滑轮的长木板、有凹槽的木块、质量为20 g的钩码若干、打点计时器、电源、纸带、细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下,剩余的钩码放在木块的凹槽中,保持长木板水平,利用打出的
6、纸带测量木块的加速度。(1)正确进行实验操作,得到一条纸带,从某个清晰的打点开始,依次标注0、1、2、3、4、5、6,分别测出位置0到位置3、位置6间的距离,如图乙所示。已知打点周期T=0.02 s,则木块的加速度a=m/s2。(2)将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端,改变悬挂钩码的总质量m,测得相应的加速度a,作出a-m图像如图丙所示。已知当地重力加速度g=9.8 m/s2,则木块与木板间动摩擦因数=(保留两位有效数字);的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,原因是(写出一个即可)。(3)实验中(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。答案(1)
7、3.33(2)0.34(0.320.36均可)大于滑轮与轴承、细线间有摩擦,纸带与打点计时器间有摩擦等(3)不需要解析(1)已知打点周期T=0.02 s,根据逐差法可得木块的加速度为a=x36-x039T2=(8.20-3.50-3.50)10-290.022 m/s2=3.33 m/s2(2)设木块的质量为M,根据牛顿第二定律有,mg-f=(M+0.02 kg)a,f=(M+0.02 kg-m)g,联立可解得加速度为a=(1+)gM+0.02kgm-g,由丙图可知,当m=0时,a=g=3.3 m/s2,则木块与木板间动摩擦因数=0.34,因滑轮与轴承、细线间有摩擦,纸带与打点计时器间有摩擦,
8、所以测量值大于真实值。(3)实验中没有采用细线拉力等于重力,所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。4.(2017无锡期末)如图甲所示,装有两个光电门的木板固定在水平桌面上,带有窄遮光片(宽度为d)的滑块被一端固定的弹簧经压缩后弹开,依次经过两光电门。光电门有两种计时功能,既可以记录遮光片到达两光电门的时间差t,又可以分别记录在两光电门处的遮光时间tA和tB。(在本题各次实验中,滑块运动到A前已脱离弹簧)(1)遮光片经过A时的速度大小为(选用d、t、tA或tB表示)。(2)利用实验中测出的d、tA、tB和AB间距s,写出滑块与木板间的动摩擦因数表达式=(重力加速度为g)。(3)
9、将光电门A固定,调节B的位置,每次都使滑块将弹簧压到同一位置O后由静止释放,记录各次t值并测量A、B间距s,作出st-t关系图线如图乙,该图线纵轴截距的物理意义是,利用该图线可以求得滑块与木板间的动摩擦因数为=(取重力加速度g=9.8 m/s2,结果保留两位有效数字)。答案(1)dtA(2)dtA2-dtB22gs(3)遮光片经过光电门A时的速度0.24(0.230.25均可)解析(1)利用平均速度替代瞬时速度,遮光片经过A时的速度大小为dtA。(2)根据牛顿第二定律有2as=vB2-vA2=dtB2-dtA2=2gs,解得=dtB2-dtA22gs。(3)由运动学规律s=vAt+12at2变
10、形得到st=vA+12at,所以图像中图线纵轴截距表示vA,斜率大小表示12a=12g,解得=0.24。5.(2018江苏单科)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下:用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;在重锤1上加上质量为m的小钩码;左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t。请回答下列问题:(1)步骤可以减小对下落时间t测量的(选填“偶然”或“系统”)误差。(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量
11、M小很多,主要是为了。A.使H测得更准确B.使重锤1下落的时间长一些C.使系统的总质量近似等于2MD.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g,得g=。答案(1)偶然(2)B(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。(4)2(2M+m+m0)Hmt2解析(1)时间测量是人为操作快慢和读数问题带来的误差,所以属于偶然误差。(2)由于自由落体的加速度较大,下落H高度的时间较短,为了减小测量时间的实验误差,就要使重锤下落的时间长一些,因此系统下降的加速度要小,所以小钩码的质量要比重锤的质量小很多。(3)为了消除滑轮的摩擦阻力,可将橡皮泥粘在重锤1上,轻拉重锤放手后若系统做匀速运动,则表示平衡了阻力。(4)根据牛顿第二定律有mg=(2M+m+m0)a,又H=12at2,解得g=2(2M+m+m0)Hmt2。1
