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2019-2020年高中物理 題組訓(xùn)練 4.2實驗 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 新人教版必修1 1．在利用打點計時器探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中，以下做法正確的是(　　) A．平衡摩擦力時，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，后接通電源 D．“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對探究過程也不會產(chǎn)生影響 答案　B 2. 圖4212 如圖4212所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有(　　) A．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時，x1＝2x2 B．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時，x2＝2x1 C．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時，x1＝2x2 D．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時，x2＝2x1 答案　AD 3．如圖4213是某些同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是(　　) 圖4213 A．甲和乙較好地把握了實驗條件M遠(yuǎn)大于m B．丙和丁沒有把握好實驗條件M遠(yuǎn)大于m C．甲同學(xué)長木板的傾角太小，而乙同學(xué)長木板的傾角太大 D．甲、乙、丙三同學(xué)中，丙較好地完成了平衡摩擦力的操作 解析　因為圖象甲、乙和丙中都是直線，說明滿足小車質(zhì)量和車上砝碼質(zhì)量之和M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂及砂桶的總質(zhì)量m，圖象丙經(jīng)過坐標(biāo)原點，說明平衡摩擦力比較到位． 答案　ACD 4．如圖4214所示，是某次利用氣墊導(dǎo)軌探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置安裝完畢后的示意圖，圖中A為沙桶和沙，B為定滑輪，C為滑塊及上面添加的砝碼，D為紙帶，E為電火花計時器，F(xiàn)為蓄電池，電壓為6 V，G是電鍵，請指出圖中的三處錯誤： 圖4214 (1)________________________________________________________________________； (2)________________________________________________________________________； (3)________________________________________________________________________． 答案　(1)B接滑塊的細(xì)線應(yīng)水平(或與導(dǎo)軌平行) (2)C滑塊離計時器太遠(yuǎn)　(3)E電火花計時器用的是220 V的交流電，不能接直流電 5．某同學(xué)設(shè)計了一個“探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量的關(guān)系”實驗．如圖4215所示為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板．電源頻率50 Hz. 圖4215 (1)在實驗中必須平衡摩擦力，以小車________所受重力的沿斜面向下的分力平衡摩擦力，當(dāng)小車做________運動時，摩擦力恰好被平衡；之后可認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力，需滿足的條件是________________． (2)圖4216為某次實驗得到的紙帶(紙帶上的點為實際打下的點)，根據(jù)圖中的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)可求出小車的加速度大小a＝________m/s2.(結(jié)果取兩位有效數(shù)字) 圖4216 (3)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，分別得到小車加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)如下表： 根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關(guān)系，請在圖4217所示方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系，并作出圖線．(如有需要，可利用上表中空格) 圖4217 解析　(1)平衡摩擦?xí)r應(yīng)在小車不掛小桶的情況下進行，小車做勻速直線運動時，受到的重力沿斜面向下的分力與摩擦力相等．平衡摩擦力之后，滿足條件“砝碼和小桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量”時，可認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力； (2)從題圖中所給數(shù)據(jù)可以求得Δx＝0.51 cm，T＝0.04 s，由Δx＝aT2得出a＝3.2 m/s2； (3)利用上表中空格，先求出小車質(zhì)量的倒數(shù)，然后建立a坐標(biāo)，作出a圖線． 答案　(1)不掛小桶時　勻速直線　砝碼和小桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量 (2)3.2　(3)求出小車質(zhì)量的倒數(shù)，作出a圖線．如圖所示 6.如圖4218甲所示，為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機)研究加速度和力的關(guān)系”的實驗裝置． 圖4218 (1)在該實驗中必須采用控制變量法，應(yīng)保持________不變，用鉤碼所受的重力大小作為________，用DIS測小車的加速度． (2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量．在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出aF關(guān)系圖線(如圖乙所示)．分析此圖線OA段可得出的實驗結(jié)論是____________________． (3)此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是(　　) A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D．所用小車的質(zhì)量太大 解析　(1)采用控制變量法，應(yīng)保持小車的總質(zhì)量不變．(2)從aF關(guān)系圖線可以看出基本上是一條直線，所以可以得出在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比．(3)本次實驗的條件是所掛鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量，否則不能用鉤碼所受的重力作為小車受到的作用力．此圖線的AB段明顯偏離直線說明所掛鉤碼的總質(zhì)量太大． 答案　(1)小車的總質(zhì)量　小車所受外力　(2)在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比　(3)C 7．某同學(xué)設(shè)計了用光電門傳感器“探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量M關(guān)系”的實驗． 圖4219 (1)如圖4219甲所示，在小車上固定寬度為L的擋光片，將兩個光電門傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車，傳感器記錄下小車經(jīng)過光電門的時間Δt1、Δt2，可以測得小車的加速度a＝________(用題中的符號L、d、Δt1、Δt2表示)． (2)在該實驗中必須采用________法(填物理方法)，應(yīng)保持________不變，通過改變鉤碼的個數(shù)來改變小車所受的拉力大小，研究加速度a隨拉力F變化的規(guī)律． (3)甲同學(xué)由于實驗時沒有注意始終滿足M?m的條件(m為鉤碼和盤的質(zhì)量)，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是下圖中的________． (4)乙、丙兩名同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的aF圖線如圖乙所示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析　(1)數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間， 小車經(jīng)過光電門時滑塊的瞬間速度為v1＝與v2＝； 根據(jù)勻變速直線運動的速度位移公式v－v＝2ad， 解得：a＝. (2)在本實驗操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個變量不變，看另外兩個變量之間的關(guān)系，具體操作是：先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系． (3)隨著1/M增大，小車質(zhì)量在減小，因此小車質(zhì)量不再滿足遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，若小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于鉤碼質(zhì)量時，小車的加速度不可能一直均勻增大，加速度的增大幅度將逐漸減小，故A、B、C錯誤，D正確． (4)由圖可知在拉力相同的情況下a乙＞a丙，根據(jù)M乙a乙＝M甲a甲，即aF圖象的斜率等于物體的質(zhì)量，所以兩人的實驗中小車及車中砝碼的總質(zhì)量不同． 答案　(1) (2)控制變量　小車質(zhì)量　(3)D　(4)小車及車中砝碼的總質(zhì)量不同 8. 圖4220 某同學(xué)設(shè)計了如圖4220所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系．彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接． 在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋?，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t. (1)木板的加速度可以用d、t表示為a＝________；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系．如下圖所示圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是________． (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是________． a．可以改變滑動摩擦力的大小 b．可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù) c．可以比較精確地測出摩擦力的大小 d．可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 解析　(1)木板在繩子拉力的作用下做初速度為零的勻加速直線運動，由d＝at2可知：a＝.為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是保持F1不變，重復(fù)實驗多次測量d、t取平均值．(2)該實驗原理與教材實驗原理類似，同樣需要滿足木板的質(zhì)量M遠(yuǎn)大于礦泉水的質(zhì)量m，此時可認(rèn)為繩上的拉力近似等于彈簧秤示數(shù)F1.本實驗中沒有平衡摩擦力，但通過題意可知受到的摩擦力為F0，木板受到的合外力為(F1－F0)．圖象反映的是a與F1的關(guān)系，而不是a與(F1－F0)的關(guān)系，所以圖象不過原點．當(dāng)F1增大時，即礦泉水瓶的質(zhì)量m增大時，實驗的前提條件不再滿足，此時a越大，繩上的拉力就越小于彈簧秤示數(shù)F1，加速度增加得就越慢，圖線向下彎曲，c正確． (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)和比較精確地測出摩擦力的大小，b、c說法是正確的；兩種實驗方法都不可以改變滑動摩擦力的大小，a錯誤；通過(2)中分析可以知道當(dāng)加速度增大時，實驗條件便不再滿足，此時實驗誤差變大，d說法錯誤． 答案　(1)　保持F1不變，重復(fù)實驗多次測量，求平均值　(2)c　(3)b、c