實驗：探究加速度與力質量的關系

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1．下面是“探究加速度與力、質量的關系”的實驗步驟： ①用天平測出小車質量M和小盤質量m ②安裝好打點計時器，在小車上裝好紙帶 ③調整長木板的傾斜程度 ④在小盤中放入適量的砝碼m1 ⑤保持小車質量一定時，探究加速度與力的關系 ⑥保持小車所受拉力一定時，探究加速度與質量的關系 (1)步驟③的目的是________。 (2)步驟④中，要求小盤和砝碼總質量(m＋m1)________小車質量M。 (3)步驟⑤和⑥，表明該實驗采用的科學方法是________。 解析：　(1)步驟③是為了平衡掉小車與木板、紙帶與打點計時器間的摩擦力。 (2)步驟④中，要求小盤和砝碼總質量(m＋m1)遠小于小車的質量M。 (3)該實驗采用的是控制變量法。 答案：　(1)平衡摩擦力　(2)遠小于　(3)控制變量法 2．在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，采用如圖所示的裝置。 (1)本實驗應用的實驗方法是________。 A．控制變量法　　　　　 B．假設法 C．理想實驗法 D．替代法 (2)下列說法中正確的是________。 A．在探究加速度與質量的關系時，應改變拉力的大小 B．在探究加速度與力的關系時，應該改變小車的質量 C．在探究加速度a與質量M的關系時，為了直觀判斷二者間的關系，應作出a－圖象 D．當小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于小盤和砝碼的總重力大小 解析：　(1)實驗采用了控制變量法，即先保證物體質量不變，研究加速度與合力的關系，再保證物體受力不變，研究加速度與質量的關系。 (2)探究a與M的關系時，保持F不變，改變M大??；探究a與F的關系時，保持M不變，改變F大小，故A、B錯。a－關系圖象為過原點的直線，作出這個圖象容易證明a與M成反比，C對。只有小車的質量遠大于小盤與砝碼的總質量時，小車受到的合力大小才約等于小盤與砝碼的總重力，D對。 答案：　(1)A　(2)CD 3．在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中： (1)某組同學用如圖甲所示的裝置，采用控制變量法，來研究在小車質量不變的情況下，小車的加速度與小車受到的力的關系，下列措施中不需要和不正確的是________。 ①首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力 ②平衡摩擦力的方法就是在塑料桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動 ③每次改變小車受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力 ④實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力 ⑤實驗中應先放小車，然后再接通打點計時器的電源 A．①③⑤　　　　　　　 B．②③⑤ C．③④⑤ D．②④⑤ (2)某組同學由實驗得出數(shù)據(jù)，畫出a F圖象如圖乙所示，那么該組同學實驗中出現(xiàn)的問題可能是________。 A．實驗中沒有平衡摩擦力 B．實驗中平衡摩擦力過度 C．實驗中繩子拉力方向沒有跟木板平行 D．實驗中小車質量發(fā)生變化 解析：　(1)①實驗時首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力；②平衡摩擦力的方法是將小車與紙帶相連，小車前面不掛塑料桶，把小車放在斜面上給小車一個初速度，看小車能否做勻速直線運動；③每次改變小車受到拉力后都不需要重新平衡摩擦力；④實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力是正確的；⑤實驗中應先接通電源，后放開小車。由此可見，①、④正確，②、③、⑤錯誤，故選B。 (2)由圖象可知，a F圖象在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度造成的。故選B。 答案：　(1)B　(2)B [課時作業(yè)] (本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！) 1．用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下： A．用天平稱出小車和沙桶及內部所裝沙子的質量 B．按圖裝好實驗器材 C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶 D．將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量 E．保持沙桶及其中沙子的質量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗 F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值 G．作a M關系圖象，并由圖象確定a與M的關系 (1)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在________步實驗之后。 (2)在上述步驟中，有錯誤的是________，應把________改為________。 (3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀_______，應把________改為________。 解析：　實驗中把沙桶及其中沙子受到的重力看作與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力。電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上。作a M關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a 關系圖象。 答案：　(1)平衡摩擦力　按圖裝好實驗器材即B (2)D　6 V電壓的蓄電池　6 V以下交流電壓的學生電源 (3)G　a M　a 2．“探究加速度與力、質量的關系”實驗中： (1)當質量M一定時，a與F合成________；當力F一定時，a與M成________。 (2) 如圖所示為“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置圖，以下做法正確的是________。 A．平衡摩擦力時，應將重物用細繩通過定滑輪系在小車上 B．本實驗中探究的方法是控制變量法 C．實驗時，先放開小車，后接通電源 D．“重物的質量遠小于小車的質量”這一條件如不滿足，對探究結果也不會產(chǎn)生影響 解析：　(1)當質量M一定時，a與F合成正比；當力F一定時，a與M成反比。 (2)平衡摩擦力時，應使小車在不受拉力作用下拖動紙帶做勻速直線運動，A錯。實驗中采用控制變量法，即研究加速度與合力關系時控制小車質量不變，研究加速度與小車質量關系時要控制拉力不變，B對。實驗時，先接通電源打點，后放開小車拖動紙帶運動，C錯。為減小實驗誤差，實驗時必須做到重物的質量遠小于小車的質量，D錯。 答案：　(1)正比　反比　(2)B 3. 在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，采用如圖所示的裝置。 (1)下列說法中正確的是(　　) A．在探究加速度與質量的關系時，應該改變拉力的大小 B．在探究加速度與外力的關系時，應該改變小車的質量 C．在探究加速度a與質量M的關系時，為了直觀判斷二者間的關系，應作出a－圖象 D．選擇器材測質量時，同時有天平和彈簧測力計，應優(yōu)先選擇彈簧測力計 (2)某同學測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：(小車質量保持不變) F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a/(ms－2) 0.10 0.20 0.28 0.40 0.52 ①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出aF圖象。 ②圖象不過原點的原因可能是________。 解析：　(1)該實驗采用的是控制變量法，在探究加速度與質量的關系時，應保持拉力的大小不變。在探究加速度與外力的關系時，應該保持小車的質量不變，故A、B錯誤；直線圖象可以直觀地反映兩個變量之間的關系，所以實驗時要作出a圖象，C正確。物體的質量應該用天平來測量，D錯誤。 (2)①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出的aF圖象如圖所示： ②從圖中發(fā)現(xiàn)直線沒過原點，當F≠0時，a＝0。也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了。該同學實驗操作中未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。 答案：　(1)C　(2)①見解析圖?、谖雌胶饽Σ亮蚱胶饽Σ亮Σ粔? 4．如圖為“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置示意圖。沙和沙桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M。實驗中用沙和沙桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小。 (1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行。接下來還需要進行的一項操作是(　　) A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)m的大小，使小車在沙和沙桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動。 B．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去沙和沙桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動。 C．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及沙和沙桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動。 (2)實驗中要進行質量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 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)下圖是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm、xEF＝5.91 cm、xFG＝6.34 cm。已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a＝________m/s2(結果保留2位有效數(shù)字)。 解析：　(1)需要將長木板一端適當墊起一定高度，以平衡摩擦力，完成此項工作的標志就是不掛沙桶條件下小車能帶動紙帶勻速運動(通過打點計時器點痕間隔是否均勻判定)。 (2)根據(jù)實驗原理：實驗中小車的實際加速度為a＝，實驗時把mg當成對M的拉力，即忽略m對加速度的影響，使加速度約為a＝，顯然需m?M, 據(jù)此可知C組最合理。 (3)由逐差法求小球運動的加速度 a＝＝0.42 m/s2。 答案：　(1)B　(2)C　(3)0.42