4.2實驗：探究加速度與力、質量的關系課中練【例題】1. 某同學設計了一個“探究加速度a與物體所受合力F及物體質量m的關系”的實驗，如圖所示為實驗裝置簡圖,交流電源的頻率為。(1)下圖所示為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________(結果保留兩位有效數(shù)字). (2)保持沙和沙桶的質量不變，改變小車質量m，分別得到小車加速度a與質量m及對應的，數(shù)據(jù)如下表。序號12345678小車加速度小車質量請在圖甲所示的坐標紙中畫出圖線______，由圖線可得小車的加速度a與質量的倒數(shù)之間的關系式為___________。(3)保持小車的質量不變，改變沙和沙桶的質量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖乙所示。該圖線不通過原點，其主要原因是___________。 2. 為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗。其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑行器同上面固定的一條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間距離為x，牽引砝碼的質量為m?；卮鹣铝袉栴}：（1）實驗開始應先調節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調節(jié)是否到位？答：_____________________。（2）若取M＝0.4 kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________。A．m＝5 g B．m＝15 g C．m＝40 g D．m＝400 g（3）在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，寫出該加速度的表達式：____________。（用Δt1、Δt2、D、x表示）3. 圖甲是用來探究加速度和力之間關系的實驗裝置示意圖，圖乙是其俯視圖．兩個相同的小車，放在帶有定滑輪的木板上（事先通過調節(jié)木板與水平面間的夾角來抵消摩擦力的影響），前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里放有砝碼．兩個小車后端各系一條細線，細線后端用夾子固定，打開夾子，小盤和砝碼牽引小車運動，合上夾子，兩小車同時停止運動．(1)用刻度尺測出兩小車的位移，位移之比就等于它們的____________之比；(2)為了探究加速度大小和力大小之間的關系，應保持兩個___________（選填“小車”或“小盤和砝碼”）的質量相等；(3)為減小誤差，應使小盤和砝碼的總質量盡可能_________（選填“小于”、“等于”或“大于”）小車質量．  【課堂練習】4. 某同學設計了如下實驗方案用來“探究加速度與力、質量的關系”：①如圖甲所示，將木板有定滑輪的一端墊起，將滑塊通過細繩與帶夾子的重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘下夾一紙帶，穿過固定的打點計時器，調整木板傾角，直到向下輕推滑塊后，滑塊沿木板勻速運動。②如圖乙所示，保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板上靠近定滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源釋放滑塊，使滑塊由靜止開始加速運動。打點計時器使用的是頻率為50Hz的交流電源，打出的紙帶如圖丙所示，A、B、C、D、E是紙帶上的五個計數(shù)點。(1)圖乙中滑塊下滑的加速度為_____m/s2。（結果保留兩位有效數(shù)字）(2)若重錘質量為m，滑塊質量為M，重力加速度為g，則滑塊加速下滑時受到合力大小為_____。(3)該同學在保持滑塊質量不變情況下，通過多次改變滑塊所受合力F，探究加速度與力的關系。下列改變滑塊所受合力F的操作中，正確的是_____。A．保持長木板的傾角不變，改變重錘的質量B．保持重錘的質量不變，改變長木板的傾角C．使重錘的質量和長木板的傾角同時改變
參考答案1. 【答案】(1)；(2)；；(3)實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足【詳解】(1)通過紙帶可求小車的加速度為(2) 由圖像可得斜率為0.5，故表達式為(3)乙圖圖像不過遠點，說明外力增加到一定程度后小車才具備加速度，原因可以是沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。2. 【答案】（1）取下牽引砝碼，M放在任意位置都不動；或取下牽引砝碼，輕推滑行器M，數(shù)字計時器記錄兩個光電門的光束被擋的時間Δt相等，則調節(jié)已經(jīng)到位；（2） D ；（3）【詳解】（1）如果氣墊導軌水平則不掛砝碼時，滑行器M能在任意位置停留，或推動滑行器M后，能使滑行器M做勻速運動。（2）該實驗要求牽引砝碼的質量遠小于滑行器同上面擋光片的總質量，因D.m＝400 g與滑行器總質量一樣大，所以D錯誤。（3）擋光片經(jīng)光電門G1時速度為: ,經(jīng)光電門G2時速度為: 根據(jù)： 可得：3. 【答案】(1)加速度；(2)小車；(3)小于【詳解】（1）根據(jù)初速度為零的勻變速直線運動位移時間關系，兩小車運動時間相等，位移與加速度成正比； （2）根據(jù)控制變量法，要探究加速度和力之間的關系，需要小車的質量保持不變，即兩小車質量相等；（3）實驗中用小盤和砝碼的重力作為小車受到的拉力．只有在盤和盤中砝碼的質量遠遠小于小車的質量時，繩對小車拉力大小近似等于盤和盤中砝碼的重力．4.【答案】(1)3.9；(2)mg；(3) C詳解】(1)充分利用紙帶中數(shù)據(jù)，用逐差法可得(2)滑塊通過細繩與帶夾子的重錘相連時，滑塊勻速下滑，說明滑塊重力沿斜面向下的分力和摩擦力之差等于重錘的重力大小，取下細繩和重錘，滑塊加速下滑受到的合力大小為mg。(3)改變滑塊所受合力F，即改變重錘重力，需要重新平衡摩擦力，平衡摩擦力時需把滑塊通過細繩與帶夾的重錘相連，方法是重新調整木板的傾角，使在圖甲所示情景中滑塊仍可沿木板勻速運動。故選C。

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2 實驗：探究加速度與力、質量的關系

版本： 人教版 (2019)

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