實(shí)驗(yàn)對點(diǎn)訓(xùn)練4　探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

3/4實(shí)驗(yàn)對點(diǎn)訓(xùn)練(四)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1．某同學(xué)進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖：(1)實(shí)驗(yàn)用到的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是用來記錄________和________的儀器。(2)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)將長木板不帶滑輪的一端墊高，使得小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿長木板做________運(yùn)動(dòng)，該操作的目的是平衡阻力。(3)當(dāng)槽碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M大小關(guān)系滿足________時(shí)，可以認(rèn)為小車所受的拉力大小與槽碼所受的重力大小相等。2．某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖(a)(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N—n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n＝2時(shí)的s-t圖像如圖(b)所示。由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(m·s-2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖像。從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。圖(b)圖(c)(5)利用a-n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s-2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________A．a(chǎn)-n圖線不再是直線B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大3．(2024·甘肅卷)用圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置探究力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(1)以下操作正確的是________。A．使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量B．調(diào)整墊塊位置以平衡阻力C．平衡阻力時(shí)移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶D．釋放小車后立即打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量，得到一系列打點(diǎn)紙帶。其中一條紙帶的計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖2所示，相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為S1，S2，…，S8，時(shí)間間隔均為T。下列加速度算式中，最優(yōu)的是________。A．a(chǎn)＝1B．a(chǎn)＝1C．a(chǎn)＝1D．a(chǎn)＝1(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo)，加速度的倒數(shù)1a為縱坐標(biāo)，甲、乙兩組同學(xué)分別得到的1a-由圖可知，在所受力一定的條件下，a與M成________(選填“正比”或“反比”)；甲組所用的________(選填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大。4．某小組同學(xué)用如圖甲所示的裝置，完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d如圖乙所示，則d＝________mm。(2)實(shí)驗(yàn)小組將滑塊從圖甲所示位置由靜止釋放，測得遮光條通過光電門1、2的時(shí)間分別為Δt1、Δt2，兩個(gè)光電門間的距離為L，則滑塊加速度大小a＝________。(用字母Δt1、Δt2、L、d表示)(3)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，該小組同學(xué)測得兩個(gè)光電門間的距離為L，遮光條從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的時(shí)間為t。保持光電門2的位置及滑塊在導(dǎo)軌上釋放的位置不變，改變光電門1的位置進(jìn)行多次測量，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)測得多組L和t，作出Lt-t圖像，如圖丙所示。已知Lt-t圖像的縱軸截距為v0，橫軸截距為t0。則v0表示遮光條通過光電門________(選填“1”或“2”)時(shí)的速度大小，滑塊的加速度大小a＝________。(用字母v0、t(4)為探究滑塊加速度與質(zhì)量M的關(guān)系，保持槽碼質(zhì)量m不變，改變滑塊與遮光條的總質(zhì)量M，實(shí)驗(yàn)中用槽碼重力mg代替細(xì)線拉力，把細(xì)線中實(shí)際拉力記為F，由此引起的相對誤差表示為δ＝mg-FF×100%，請寫出δ隨M變化的關(guān)系式：δ＝______×實(shí)驗(yàn)對點(diǎn)訓(xùn)練(四)1．解析：(1)實(shí)驗(yàn)用到的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是用來記錄時(shí)間和位移的儀器。(2)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)將長木板不帶滑輪的一端墊高，使得小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿長木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，該操作的目的是平衡阻力。(3)對小車、槽碼整體根據(jù)牛頓第二定律可得加速度為a＝mg故可得繩子中拉力為F＝Ma＝MmgM+m＝故當(dāng)槽碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M大小關(guān)系滿足m?M時(shí)，可以認(rèn)為小車所受的拉力大小與槽碼所受的重力大小相等。答案：(1)時(shí)間位移(2)勻速直線(3)m?M2．解析：(3)根據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t＝2.00s時(shí)，位移s＝0.78m，由s＝12at2，得加速度a＝2st2＝(4)圖像如圖所示。(5)設(shè)小車(空載)質(zhì)量為m，每個(gè)鉤碼質(zhì)量為m0，小車空載時(shí)，n＝5，加速度為a＝1.00m/s2。由牛頓第二定律得nm0g＝(m＋5m0)a，代入數(shù)據(jù)得m＝0.44kg。(6)平衡摩擦力時(shí)，以小車和鉤碼整體為研究對象有：nm0g＝(m＋5m0)a，則a＝m0gm+5m0n，即a-n圖像的斜率為m0gm+5m0。若保持木板水平，則小車將受到木板的摩擦力，有nm0g－μ[mg＋(5－n)m0g]a＝nm0gm+5m0－μ說明a-n圖像仍為直線，但不再過原點(diǎn)，且斜率變大。故選B、C。答案：(3)0.39(4)見解析圖(5)0.44(6)BC3．解析：(1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力，故應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；為了保證小車所受細(xì)線拉力等于小車所受合力，則需要調(diào)整墊塊位置以平衡阻力，也要保持細(xì)線和長木板平行，故B正確；平衡阻力時(shí)不能移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶，需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)操作要求，應(yīng)先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器再釋放小車，故D錯(cuò)誤。(2)根據(jù)逐差法可知S5－S1＝4a1T2，S6－S2＝4a2T2，S7－S3＝4a3T2，S8－S4＝4a4T2，聯(lián)立可得小車加速度表達(dá)式為a＝14S8(3)根據(jù)題圖3可知1a與M成正比，故在所受力一定的條件下，a與M成反比；設(shè)槽碼的質(zhì)量為m，則由牛頓第二定律mg＝(m＋M)a，化簡可得1a＝1mg·M＋1g，故斜率越小，槽碼的質(zhì)量答案：(1)B(2)D(3)反比槽碼4．解析：(1)結(jié)合游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知遮光條的寬度d＝5mm＋0.05×3mm＝5.15mm。(2)由題意可得滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的速度v1＝dΔt1，滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)的速度v2＝dΔt2，滑塊由靜止釋放后做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有v22(3)由于保持光電門2的位置及滑塊在導(dǎo)軌上釋放的位置不變，則由初速度為0的勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度位移公式可得滑塊經(jīng)過光點(diǎn)門2時(shí)的速度v2保持不變，由于勻變速直線運(yùn)動(dòng)中物體在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則滑塊在從光點(diǎn)門1到光點(diǎn)門2的過程，中間時(shí)刻的速度為vt2＝Lt，對滑塊從該中間時(shí)刻運(yùn)動(dòng)至光電門2的過程，由運(yùn)動(dòng)學(xué)