高中物理人教版練習第四章2實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

2實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課后篇鞏固提升1.圖甲為探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗裝置。(1)在平衡摩擦力的過程中,若所有的操作均正確,打出的紙帶如圖乙所示,根據(jù)紙帶點跡可判斷應(yīng)適當(選填“減小”或“增大”)木板的傾角,直至小車勻速運動;

(2)平衡摩擦力后,當滿足小車質(zhì)量M遠大于鉤碼質(zhì)量m的條件時,小車所受的合外力可近似等于鉤碼的重力。實驗中,當所掛鉤碼數(shù)量一定時,研究小車加速度a與其質(zhì)量M的關(guān)系,由于未滿足上述質(zhì)量條件,實驗結(jié)果得到的圖像可能是;

(3)圖丙為實驗中打出的一條紙帶,紙帶上有七個相鄰的計數(shù)點,每個相鄰計數(shù)點間有4個點未標出,經(jīng)測量:xAB=4.21cm、xBC=4.63cm、xCD=5.04cm、xDE=5.50cm,xEF=5.92cm,xFG=6.35cm。已知電源的頻率為50Hz,則小車的加速度a=m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字丙解析(1)根據(jù)紙帶點跡可判斷小車做加速運動,則應(yīng)適當減小木板的傾角,直至小車勻速運動。(2)當滿足m?M的條件時,小車所受的合外力可近似等于鉤碼的受力,隨著1M逐漸增大,即M逐漸減小,則不再滿足m?M的條件,實際測得的加速度a=mgm+M小于近似后計算得到的加速度a'=mg(3)根據(jù)Δx=aT2解得a=x=(6.=0.43m/s2。答案(1)減小(2)B(3)0.432.如圖所示是某同學探究小車加速度與力的關(guān)系的實驗裝置,他將光電門固定在水平軌道上的B點,用不同重物通過細線拉同一小車,每次小車都從同一位置A由靜止釋放。(1)若遮光條的寬度d=4.7mm,實驗時將小車從圖示位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt,則小車經(jīng)過光電門時的速度為v=(用字母表示)。

(2)測出多組重物的質(zhì)量m和對應(yīng)遮光條通過光電門的時間Δt,通過描點作出線性圖像,研究小車加速度與力的關(guān)系,處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出圖像。

A.Δtm B.Δt2mC.1ΔtD.1Δ(3)有一位同學通過實驗測量作出的圖線如圖所示,試分析:①圖線不通過坐標原點的原因是;

;

②圖線上部彎曲的原因是

。

解析(1)小車經(jīng)過光電門時的速度v=dΔ(2)由mg=Ma,v2=2aL,v=dΔt,可得:1Δt2(3)①圖線不通過坐標原點而與F軸相交,說明沒有補償阻力或補償阻力不夠。②圖線上部彎曲是因為隨著m的增大,不能滿足重物質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量的關(guān)系。答案(1)dΔt(2)D(3)①沒有補償阻力或補償阻力不夠3.圖甲是研究小車加速度與力關(guān)系的實驗裝置。木板置于水平桌面上,一端系有沙桶的細繩通過滑輪與拉力傳感器相連,拉力傳感器可顯示所受的拉力大小F,改變桶中沙的質(zhì)量多次實驗?；卮鹣铝袉栴}:甲(1)實驗中需要。

A.測量沙和沙桶的總質(zhì)量B.保持細線與長木板平行C.保持小車的質(zhì)量不變D.滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)實驗中得到一條紙帶,相鄰計數(shù)點間有四個點未標出,各計數(shù)點到A點的距離如圖乙所示。電源的頻率為50Hz,則打B點時小車速度大小為m/s,小車的加速度大小為m/s2。

(3)實驗中描繪出aF圖像如圖丙所示,圖像不過坐標原點的原因是。

解析(1)繩子的拉力可以通過拉力傳感器測出,不需要用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量,故A錯誤;為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力,需要平衡摩擦力,平衡摩擦力時應(yīng)當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上,調(diào)整長木板的傾斜度,讓小車拖著紙帶做勻速直線運動,同時要調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行,所以B正確;本實驗采用的是控制變量法,要研究小車加速度與力的關(guān)系,必須保持小車的質(zhì)量不變,所以C正確;實驗中繩子的拉力通過拉力傳感器測出,不需要滿足沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,故D錯誤。(2)已知打點計時器電源頻率為50Hz,則紙帶上相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s。B點對應(yīng)的速度為vB=xAC2T=8由圖乙知x1=3.40cm,x2=(8.323.40)cm=4.92cm,x3=(14.738.32)cm=6.41cm,x4=(22.5614.73)cm=7.83cm所以小車加速度a=(x3+x4)-((3)由圖像可以知道,aF圖像在a軸上有截距,這是因為平衡摩擦力過度造成的,即在實際操作中,平衡摩擦力時斜面傾角過大。答案(1)BC(2)0.4161.48(3)平衡摩擦力過度4.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,可以采用不同的研究方案。(1)甲同學采用的方案如圖甲所示,將兩個相同的小車放在水平木板上,前端各系一條細線,線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤中可以放不同的砝碼,盤與砝碼的總重力可以近似認為是小車受到的拉力。兩小車后端各系一條細線,用黑板擦可以同時按住或放開這兩條細線,使兩車同時停止或運動。某次操作中,在相同時間內(nèi)測得小車的位移分別為x1、x2,若小車的加速度分別為a1、a2,則a1∶a2=,這么做的依據(jù)是。

(2)乙同學用如圖乙所示器材進行定量探究。用拉力傳感器(能測量拉力的儀器)和速度傳感器(能測量瞬時速度的儀器)探究加速度與物體受力的關(guān)系。用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小,在長木板上相距L=48.0cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器,分別測量小車到達A、B時的速度。①乙同學認為,運動時小車受到的拉力懸掛物的總重力(選填“大于”或“小于”),所以乙同學采用力傳感器進行實驗。

②實驗主要步驟如下:Ⅰ.將拉力傳感器固定在小車上;Ⅱ.墊高木板右端,讓小車在不受拉力時做運動;

Ⅲ.把細線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過定滑輪與鉤碼相連;為保證細線的拉力不變,必須調(diào)節(jié)滑輪的高度使;

Ⅳ.接通電源后自C點釋放小車,小車在細線拉動下運動,記錄細線拉力F的大小及小車分別到達A、B時的速度vA、vB;Ⅴ.改變所掛鉤碼的數(shù)量,重復步驟Ⅳ的操作。③下表中記錄了實驗測得的幾組數(shù)據(jù),vB2-vA2是兩個速度傳感器記錄速度的平方差,則加速度的表達式a=(用已知符號表示),請將表中第次數(shù)F/NvB2-vA2a/(m·s-10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.65

53.005.495.72④由表中數(shù)據(jù),在坐標紙上作出aF關(guān)系圖線。⑤對比實驗結(jié)果與理論計算得到的關(guān)系圖線(圖中已畫出理論圖線),造成上述偏差的原因除了拉力傳感器讀數(shù)可能偏大外,還可能是

。

解析(1)根據(jù)位移與加速度、時間的關(guān)系x=12at2得a=由于時間相等,所以a1∶a2=x1∶x2由上分析可知,加速度與位移成正比。(2)①由于鉤碼向下加速運動,所以繩子的拉力比鉤碼的總重力更小。②墊高木板右端,讓小車在不受拉力時做勻速直線運動,這樣掛上物體后,小車的合力即為拉力傳感器的示數(shù);為保證細線的拉力不變,必須調(diào)節(jié)滑輪的高度使細線與長木板平行。③根據(jù)勻變速直線運動的位移與速度公式v2v0