2022年高中物理魯科版必修1教學(xué)案：第6章 第2節(jié) 第1課時(shí) 實(shí)驗(yàn)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(含解析)

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1、2022年高中物理魯科版必修1教學(xué)案：第6章 第2節(jié) 第1課時(shí) 實(shí)驗(yàn)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(含解析) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。 2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．采用控制變量法：當(dāng)研究對(duì)象有兩個(gè)以上且相互關(guān)聯(lián)的物理量發(fā)生變化時(shí)，為了研究各物理量之間的關(guān)系，我們需要設(shè)法控制某些物理量保持不變，研究其中兩個(gè)物理量之間的變化關(guān)系，這是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中研究變量關(guān)系經(jīng)常采用的一種方法——控制變量法。在該實(shí)驗(yàn)中有F、m、a三個(gè)物理量，研究加速度a與F及m之間的關(guān)系時(shí)，我們先控制一個(gè)物理量。實(shí)驗(yàn)中可先控制小車的質(zhì)量m不變，討論a與F的關(guān)系，再控制所掛

2、重物的重力不變，即F不變，改變小車的質(zhì)量m，討論a與m的關(guān)系。 2．要測(cè)量的物理量 小車與車上砝碼的總質(zhì)量m——用天平測(cè)出； 小車受到的拉力F——用天平測(cè)出所掛重物的質(zhì)量M，由F＝G＝Mg算出； 小車的加速度a——通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算得出。 三、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶及復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、重物、細(xì)繩、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用天平測(cè)出小車和砝碼盤(包括其中的砝碼)的質(zhì)量分別為m、M，并把測(cè)量的數(shù)值記錄下來(lái)。 2．如圖6-2-1所示，把實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系細(xì)繩)。

3、 圖6-2-1 3．平衡摩擦力：在木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)能保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)受到的摩擦力恰好與小車受到的重力沿斜面方向的分力平衡。 4．把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砝碼盤，在砝碼盤中放上適量的砝碼。先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點(diǎn)的紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼。 5．保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，然后重復(fù)步驟4，在表格中記下每次砝碼的質(zhì)量，將對(duì)應(yīng)的紙帶標(biāo)上編碼。 6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分(點(diǎn)跡清晰，間隔適中)，測(cè)出打下的相鄰各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的間隔，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的判定式Δs＝s2

4、－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2計(jì)算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度a。 7．用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示力F，建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中描出各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，用一條平滑的線將各點(diǎn)連接起來(lái)。 8．保持懸掛砝碼的質(zhì)量不變(即保持拉力不變)，在小車上依次加放砝碼(改變小車的質(zhì)量)，并將砝碼的質(zhì)量記錄在表格中。小車質(zhì)量改變一次就按正確的方法釋放小車，并打出紙帶同時(shí)給紙帶編號(hào)。計(jì)算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。 9．用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車及小車上砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)系中描出各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，用一條平滑的線將各點(diǎn)連接起來(lái)。 五、數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理可采用計(jì)算

5、法和圖像法兩種不同的方法： 1．計(jì)算法 測(cè)出各條紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移間隔，計(jì)算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度a，看看是否滿足＝，＝。 2．圖像法 (1)保持小車的質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系。 計(jì)算出加速度以后，以拉力F為橫坐標(biāo)，以加速度a為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，描出a-F圖像，如果圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，則得出結(jié)論：質(zhì)量不變時(shí)，加速度與力成正比。 (2)保持受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。 在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“a與m2成反比”，甚至是更為復(fù)雜的關(guān)系。我們應(yīng)該從最簡(jiǎn)單的情況入手，檢驗(yàn)是否是“a與m成反比”。在數(shù)據(jù)處

6、理上，為了方便，我們可以研究a-的關(guān)系，如果“a與m成反比”，則a與成正比。以質(zhì)量的倒數(shù)為橫坐標(biāo)，以加速度a為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，描出a-圖像，如果a-圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，可得出結(jié)論：力F不變時(shí)，加速度a與質(zhì)量m成反比。 六、誤差分析 1．質(zhì)量的測(cè)量，紙帶上打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量，拉線或紙帶與木板不平行等都會(huì)造成誤差。 2．平衡摩擦力不準(zhǔn)確造成誤差。在平衡摩擦力時(shí)，小車上不拴細(xì)線，不掛砝碼盤，首先目測(cè)小車沿長(zhǎng)木板的運(yùn)動(dòng)是否是勻速運(yùn)動(dòng)，然后將紙帶固定在小車上，接通電源，釋放小車，打出紙帶，準(zhǔn)確研究小車的運(yùn)動(dòng)是否是勻速運(yùn)動(dòng)。 3．由于實(shí)驗(yàn)原理不完善造成實(shí)驗(yàn)誤差。實(shí)驗(yàn)中用砝碼盤及砝碼的總重

7、力代替小車受到的拉力存在誤差。小車受到的拉力實(shí)際上是拴接砝碼盤的細(xì)線上的拉力，細(xì)線上的拉力小于砝碼盤及砝碼的總重力，存在系統(tǒng)誤差。 七、注意事項(xiàng) 1．在本實(shí)驗(yàn)中，必須平衡摩擦力。平衡摩擦力時(shí)不要掛重物。平衡摩擦力后，在后面的實(shí)驗(yàn)中不管是改變砝碼盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．實(shí)驗(yàn)中，必須滿足小車及小車上砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所掛砝碼盤和盤中砝碼的質(zhì)量。只有這樣，砝碼盤和砝碼的總重力才可以視為與小車所受細(xì)線的拉力相等。 3．在每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，從盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置由靜止釋放小車，并且先通電后釋放小車，在小車到達(dá)定滑輪位置時(shí)按住小車。 4．利用紙帶計(jì)算加速度

8、時(shí)，應(yīng)該求每條紙帶上加速度的平均值。 5．作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作的直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線的兩側(cè)。偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 [例1]　探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)如下： (1)在探究物體的加速度與力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持________不變，改變施加在物體上的水平拉力F，測(cè)出相對(duì)應(yīng)的加速度a。 (2)在探究物體的加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持________不變，改變物體的質(zhì)量m，測(cè)出相對(duì)應(yīng)的加速度a。 (3)本實(shí)驗(yàn)也可以不測(cè)加速度的具體數(shù)值，通過測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)的小車在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移s1、s2來(lái)

9、測(cè)量不同情況下物體加速度的比值，此比值＝________。 (4)有4位同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，分別得出如圖6-2-2甲、乙、丙、丁四條圖線，設(shè)小車質(zhì)量和車上砝碼質(zhì)量之和為m，砂及砂桶的總質(zhì)量為m′。其中圖甲、乙、丙是a-F圖線，圖丁是a-圖線，則以下說(shuō)法中正確的是(　　) 圖6-2-2 A．甲和乙均沒有較好地把握實(shí)驗(yàn)條件m?m′ B．丙和丁均沒有較好地把握實(shí)驗(yàn)條件m?m′ C．甲中平衡摩擦力時(shí)使長(zhǎng)木板傾角太大，而乙中長(zhǎng)木板傾角太小 D．甲、乙、丙相比，丙較好地完成了平衡摩擦力的操作 [解析]　(1)在探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系中，采用控制變量法

10、，探究物體的加速度與力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持物體的質(zhì)量不變。 (2)在探究物體的加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持物體所受合外力不變。 (3)小車做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則位移與加速度之間滿足s＝at2。 在相等時(shí)間內(nèi)，有＝。 (4)只有當(dāng)m?m′時(shí)，小車受到的合外力才可以認(rèn)為等于砂及砂桶的重力。這種情況下a與F成正比，a與成正比，故選項(xiàng)A錯(cuò)，B正確；甲圖線說(shuō)明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠，長(zhǎng)木板傾角過小，乙圖線說(shuō)明平衡摩擦力過度，木板傾角太大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；丙圖線過原點(diǎn)說(shuō)明平衡了摩擦力，故只有丙較好地完成了平衡摩擦力的操作，選項(xiàng)D正確。 [答案]　(1)物體的質(zhì)量　(2)合外力　(3

11、)　 (4)BD [例2]　在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得的加速度a和F的相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄如表一，測(cè)得的加速度a和的相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄如表二。 表一 a/(m/s2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表二 a/(m/s2) 2.04 2.66 3.23 3.98 /(kg－1) 0.50 0.67 0.80 1.00 (1)由表一、表二數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法在圖6-2-3中作出a-F圖像、a-圖像。 (2)由圖像可得加速度與力是什么關(guān)系？加速度與質(zhì)量是什么關(guān)系？ (3)表一中物體的質(zhì)

12、量m為多少？表二中產(chǎn)生加速度的力F為多大？ 圖6-2-3 [解析]　(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法在坐標(biāo)紙上作a -F圖像和a - 圖像，連線時(shí)應(yīng)使線過大部分的點(diǎn)，個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。畫出的圖像如圖所示。 (2)畫出的a-F圖像和a-圖像均為過原點(diǎn)的傾斜直線，說(shuō)明：加速度與力成正比；加速度與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，即加速度與質(zhì)量成反比。 (3)由于a＝，在a-F圖像中，斜率k1＝＝2.0，則m＝0.50 kg，在a-圖像中，斜率k2＝F＝4.0 N。 [答案]　(1)圖見解析　(2)加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比　(3)m＝0.50 kg　F＝4.0 N [例3]　圖6-2-

13、4為驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電源，打點(diǎn)的時(shí)間間隔用Δt表示。在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種方法用來(lái)探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”。 圖6-2-4 (1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空。 ①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列________的點(diǎn)。 ②按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼。 ③打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，獲得帶有點(diǎn)列的紙帶，在紙帶上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m。 ④按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③。

14、⑤在每條紙帶上清晰的部分，每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距s1，s2……求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a。 ⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出-m關(guān)系圖線。若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則與m應(yīng)成________(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。 (2)完成下列填空。 ①本實(shí)驗(yàn)中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是__________________________________________。 ②設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示為a＝_____

15、___。圖6-2-5為用米尺測(cè)量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1＝________mm，s3＝________mm，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。 圖6-2-5 ③圖6-2-6為所得實(shí)驗(yàn)圖線的示意圖。設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質(zhì)量為________。 圖6-2-6 [解析]　(1)小車和吊盤受到的合外力為零，一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以紙帶點(diǎn)距相等。平衡阻力后，設(shè)小車受到的拉力為F，則有F＝(m＋m車)a，即＝m＋，是關(guān)于m的一次函數(shù)，它們是線性關(guān)系。 (2)①實(shí)際上，小車的拉

16、力F會(huì)隨m的變化而變化，不是恒定的。因?yàn)椋? 對(duì)小車由牛頓第二定律有：F＝(m＋m車)a， 對(duì)吊盤和物塊(設(shè)其質(zhì)量為m0)有：m0g－F＝m0a， 聯(lián)立以上兩式得：F＝m0g， 因此，當(dāng)改變小車上的砝碼的質(zhì)量m時(shí)，F(xiàn)會(huì)相應(yīng)改變。只有當(dāng)?shù)醣P和物塊質(zhì)量m0?m＋m車時(shí)，拉力F≈m0g才是不變的，在這種情況下，才可驗(yàn)證“拉力一定時(shí)，加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系”。 ②由逐差法s3－s1＝2a(5Δt)2得加速度a＝，由圖可讀出s1＝36.8 mm－12.5 mm＝24.3 mm，s3＝120.0 mm－72.9 mm＝47.1 mm，一定要估讀到毫米的下一位數(shù)字。代入數(shù)據(jù)，得加速度的大小a＝1.1

17、4 m/s2。注意單位的變換。 ③由＝m＋可知：斜率＝k，截距＝b，解這兩式得F＝，m車＝。 [答案]　(1)①間距相等?、蘧€性　(2)①小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和遠(yuǎn)小于小車和砝碼的質(zhì)量?、凇?4.3　47.1　1.14　③　 1．在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，下列做法或者理由正確的是(　　) A．實(shí)驗(yàn)中為了保證安全，應(yīng)該選用低壓直流電源 B．可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)更加方便 C．實(shí)驗(yàn)結(jié)果不用a-M圖像，而用a-圖像，是為了便于根據(jù)圖像直觀地進(jìn)行判斷 D．“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是讓小車受到的摩擦力為零 解析：選C　打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要的是低壓交流電源，

18、A錯(cuò)誤；如果用鉤碼代替裝有砂子的小桶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不利于調(diào)節(jié)拉力的大小，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中處理圖像，一般都是盡量“化曲為直”，這樣更容易判斷問題，C正確；小車運(yùn)動(dòng)過程中受的阻力是永遠(yuǎn)存在的，無(wú)法使之為零，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．(多選)如圖6-2-7是某些同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖像，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖6-2-7 A．形成圖甲的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過大 B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過小 C．形成圖丙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過大 D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過小 解析：選AD　題中甲圖當(dāng)F＝0時(shí)，小車就有了加速度，可見是長(zhǎng)木板傾角過大。乙圖

19、→0時(shí)，小車質(zhì)量很大，這時(shí)一開始小車的加速度不為零，說(shuō)明使小車下滑的力已大于最大靜摩擦力，也是長(zhǎng)木板傾角過大。同理，丙、丁都是長(zhǎng)木板傾角過小。 3．若測(cè)得某一物體受力F一定時(shí)，加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系數(shù)據(jù)如表所示： a/m·s－2 2.04 2.66 3.23 3.98 m/kg 2.00 1.50 1.25 1.00 (1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，畫出a-圖像。 (2)由a-圖像關(guān)系可知，當(dāng)F一定時(shí)，a與m成________關(guān)系。 解析：要畫a-圖像，需先求出與a對(duì)應(yīng)的，其數(shù)據(jù)分別為0.50、0.67、0.80和1.00。然后描點(diǎn)、連線，得到圖像如圖所示。 答案：(1)

20、見解析圖　(2)反比 4．某同學(xué)用圖6-2-8所示的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，測(cè)得小車的加速度a與拉力F的數(shù)據(jù)如下表： 圖6-2-8 F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a/(m·s－2) 0.10 0.23 0.27 0.40 0.49 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖6-2-9所示坐標(biāo)系中作出圖像。 (2)圖線存在截距，其原因是______________________________________________ __________________________________________________

21、______________________。 圖6-2-9 解析：(1)以表中的數(shù)據(jù)為坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖，擬合出直線。 (2)由圖像可知，當(dāng)細(xì)線的拉力增大到一定數(shù)值時(shí)才產(chǎn)生加速度，說(shuō)明有阻力作用。 答案：(1)如圖 (2)水平面與小車之間存在摩擦力作用 5.圖6-2-10為探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M。實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮　? (1)實(shí)驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。接下來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是________。 圖6

22、-2-10 A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng)。從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)。 B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)。 C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋啡ゼ垘б约吧昂蜕巴?，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)。 (2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是________。 A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200

23、 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖6-2-11是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：sAB＝4.22 cm、sBC＝4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm、sEF＝5.91 cm、sFG＝6.34 cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz，則小

24、車的加速度a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 圖6-2-11 解析：(1)小車(含砝碼)在運(yùn)動(dòng)過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力、木板對(duì)小車(含砝碼)的摩擦力和細(xì)線拉力的作用。為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車(含砝碼)所受的合力，應(yīng)把木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋允怪亓?、支持力、紙帶的拉力和摩擦力的合力為零，即小車在沒有受到細(xì)線的拉力時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行這一操作時(shí)，不應(yīng)掛砂桶，小車應(yīng)連接紙帶，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確。 (2)由于細(xì)線的拉力不易測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小來(lái)代替細(xì)線拉力的大小，設(shè)細(xì)線拉力為T，設(shè)加速度大小為a，則T＝m(g－a)，T＝Ma，可得a

25、＝g，當(dāng)砂桶的加速度很小時(shí)，T近似等于mg，因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使砂桶的加速度很小。只有當(dāng)小車(含砝碼)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量時(shí)，細(xì)線的拉力才近似等于砂和砂桶的總重力。選項(xiàng)C正確。 (3)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T＝0.1 s，由Δs＝aT2可得a＝ 代入數(shù)據(jù)解得a＝0.42 m/s2。 答案：(1)B　(2)C　(3)0.42 6．“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6-2-12甲所示。 圖6-2-12 (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s。從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量

26、出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離。該小車的加速度a＝________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)平衡摩擦力后，將幾個(gè)相同的大砝碼都放在小車上，掛上砝碼盤，然后每次另取一個(gè)較小質(zhì)量的砝碼添加到砝碼盤中，測(cè)量小車的加速度。小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表： 砝碼盤中砝碼 總重力F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度a/m·s－2 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖6-2-13所示的坐標(biāo)系中作出a-F的關(guān)系圖像。 圖6-2-13 (3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a-F圖

27、線不通過原點(diǎn)，請(qǐng)說(shuō)明主要原因。 解析：根據(jù)Δs＝aT2可計(jì)算小車的加速度a＝0.16 m/s2，運(yùn)用表格中測(cè)出的數(shù)據(jù)可繪出圖像，圖像不過原點(diǎn)的主要原因是未計(jì)入砝碼盤的重力。 答案：(1)0.16(0.15也可) (2)如圖所示 (3)未計(jì)入砝碼盤的重力 7．小李同學(xué)為了參加學(xué)校組織的科技周活動(dòng)，改進(jìn)了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的裝置，設(shè)計(jì)雙車位移比較法來(lái)探究加速度與力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6-2-14所示，將軌道分上下雙層排列，兩小車后的剎車線穿過尾端固定板，由安裝在后面的剎車系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行控制(未畫出剎車系統(tǒng))，通過改變砝碼盤中的砝碼來(lái)改變拉力大小。 圖6-2-14 (

28、1)通過比較兩小車的位移來(lái)比較兩小車的加速度大小，是因?yàn)槲灰婆c加速度的關(guān)系式為________________。 已知兩車質(zhì)量均為200 g，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示： 實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 小車 拉力 F/N 位移 s/cm 拉力比 F甲/F乙 位移比 s甲/s乙 1 甲 0.1 22.3 0.50 0.51 乙 0.2 43.5 2 甲 0.2 29.0 0.67 0.67 乙 V 43.0 3 甲 0.3 41.0 0.75 0.74 乙 0.4 55.4 (2)該裝置中的剎車系統(tǒng)的作用是_________________

29、______________________________ ________________________________________________________________________。 (3)分析表中數(shù)據(jù)可得到結(jié)論：___________________________________________ ________________________________________________________________________ ___________________________________________________________

30、_____________。 (4)為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，你認(rèn)為還可以進(jìn)行哪些方面的改進(jìn)？(只需提出一個(gè)建議即可) 解析：(1)位移與加速度的關(guān)系式s＝at2。 (2)剎車系統(tǒng)的作用是控制兩車同時(shí)運(yùn)動(dòng)和同時(shí)停止。 (3)由于本實(shí)驗(yàn)的剎車系統(tǒng)保證了兩車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，故加速度a與位移s成正比，由表中數(shù)據(jù)可以看出，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，當(dāng)小車的質(zhì)量保持不變時(shí)，位移s與F成正比，故有a與F成正比。 (4)調(diào)整兩木板的傾角，平衡好摩擦力，滿足盤和盤中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。 答案：見解析 8．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)使用了如圖6-2-15所示的裝置，打點(diǎn)計(jì)

31、時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz。 圖6-2-15 (1)該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個(gè)點(diǎn)，如圖6-2-16所示，自A點(diǎn)起，相鄰兩點(diǎn)的距離分別為10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，則打E點(diǎn)時(shí)小車的速度為______m/s，小車的加速度為______m/s2； (2)該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持________不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持________不變； (3)該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖像，如圖6-2-17所示，則圖中直線不過原點(diǎn)的原因可能是_______________

32、_______________________________________ ________________________________________________________________________。 　　　　　　圖6-2-16　　　　　　圖6-2-17 解析：(1)D、F兩點(diǎn)間的平均速度即為E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，vE ＝＝ m/s＝0.85 m/s 根據(jù)Δx＝aT2得：a＝＝ m/s2＝5.0 m/s2。 (2)該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細(xì)線對(duì)車的拉力F不變即砂桶(含砂)的質(zhì)量不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變。 (3)①圖中當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0。說(shuō)明當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)，小車的加速度不為0，也就是說(shuō)小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實(shí)驗(yàn)前木板右端墊得過高。 答案：(1)0.85　5.0　(2)拉力F(砂和砂桶的總質(zhì)量)　小車質(zhì)量M　(3)平衡摩擦力過度 陳秋平作圖