必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系课堂检测

实验：探究加速度与力、质量的关系

【基础巩固】

1.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,下列做法正确的是 (   )

A.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车

B.平衡摩擦力时,应将槽码用细绳通过定滑轮系在小车上

C.改变小车的质量再次进行实验时,需要重新平衡摩擦力

D.槽码所受重力就是小车做加速运动的拉力

答案:A

2.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,作出了如图所示的图像,图中三线表示实验中              (   )

A.平衡摩擦力的角度不同

B.小车和重物的总质量不同

C.槽码的质量不同

D.木板的长度不同

答案:B

3.(多选)如图所示,在探究加速度与力、质量的关系实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中放入重物后,车的总质量分别为m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2,则在实验误差允许的范围内,有              (   )

A.当m1=m2、F1=2F2时,x1=2x2

B.当m1=m2、F1=2F2时,x2=2x1

C.当m1=2m2、F1=F2时,x1=2x2

D.当m1=2m2、F1=F2时,x2=2x1

解析:当m1=m2、F1=2F2时,可知,a1=2a2,由x=at2可得,x1=2x2,选项A正确,选项B错误;当m1=2m2、F1=F2时,可知a1=a2,由x=at2可得,x2=2x1,故选项C错误,选项D正确.

答案:AD

4.(多选)某些同学根据探究加速度与力、质量的关系实验数据画出了以下图像,下列说法正确的是              ()

甲              乙             丙              丁

A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小

C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小

解析:a-F图像纵轴有截距说明力F为0时加速度不为0,平衡摩擦力时长木板倾角过大;横轴有截距说明施加力F后加速度有一过程仍为0,说明倾角过小,平衡摩擦力不足.选项A正确,选项C错误.a-图像纵轴有截距说明平衡摩擦力时长木板倾角过大,平衡摩擦力过大;而横轴有截距,说明平衡摩擦力不足,长木板倾角过小.选项B错误,选项D正确.

答案:AD

5.用如图所示的装置探究作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量m的关系,某位同学设计的实验步骤如下:

A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量;

B.按图安装好实验器材;

C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶;

D.将电磁打点计时器接在6 V的蓄电池上,接通电源,放开小车,让打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;

E.保持沙桶及其中沙子的质量不变,增加小车上的砝码,并记录每次增加后的总质量,重复上述实验;

F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;

G.作a-m关系图像,并由图像确定a-m关系.

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是　　　　,该步骤应排在　　　　步骤实验之后. 

(2)在上述步骤中,有错误的是　　　　　　　　,应把　　　　　　　改为　　　　　　　　. 

(3)在上述步骤中,处理不恰当的是　　　　　　,应把　　　　　　　　改为　　　　　　　　. 

解析:(1)实验中小车所受合力大小近似等于小桶及沙子的总重力的大小,故必须平衡摩擦力.(2)电磁打点计时器接在6 V的蓄电池上将无法工作,必须接在低压交变电源上.(3)作a-m关系图像得到的是双曲线,很难做出正确的判断,必须“化曲为直”,改为a-关系图像.

答案:(1)平衡摩擦力　B   (2)D　6 V的蓄电池　低压交变电源

(3)G　a-m　a-

6.某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的钩码探究加速度与力的关系,实验装置如图甲所示.

甲                       乙                    丙

 (1)图乙是实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可得小车的加速度a为　　　　m/s2. 

(2)该实验小组以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F为横轴,作出的图像如图丙中图线1所示,发现图线不过原点,怀疑在测量力时不准确,他们将实验进行了改装,将一个力传感器安装在小车上,直接测量细绳拉小车的力F',作出的a-F'图线如图丙中图线2所示,则图线不过原点的原因是　    , 

对于图像上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,其原因是　          . 

(3)该实验小组在正确操作实验后,以测得的加速度a为纵轴,所挂钩码的总重力F和传感器测得的F'为横轴作图像,要使两条图线基本重合,需满足的条件是　                                                          . 

解析:(1)根据Δx=at2,运用逐差法得

a== m/s2=0.195 m/s2.

(2)由图线可知,F大于0时,a为0,可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.力传感器可以直接得出绳子拉力的大小,用钩码的重力表示绳子的拉力,必须满足钩码的质量远小于小车的质量,否则绳子的拉力实际上明显小于钩码的重力.所以对于图线上相同的力,用传感器测得的加速度偏大,原因是钩码的质量未远小于小车的质量.

(3)要使两条图线基本重合,需要满足钩码的质量远小于小车的质量这一条件.

答案:(1)0.195   (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　钩码的质量未远小于小车的质量   (3)钩码质量远小于小车质量

【拓展提高】

7.某研究性学习小组分别用图甲所示的装置进行探究加速度与合力的关系实验.装置中,小车质量为m',沙桶和沙子的总质量为m,通过改变m来改变小车所受的合力大小,小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出.现保持小车质量m'不变,逐渐增大沙桶和沙的总质量m进行多次实验,得到多组a、F值(F为弹簧测力计的示数).

甲

(1)为了减小实验误差,下列做法正确的是　　　　。 

A.需平衡小车和纸带受到的摩擦力

B.沙桶和沙的总质量要远小于小车的质量

C.滑轮摩擦足够小,绳的质量要足够轻

D.先释放小车,后接通打点计时器的电源

(2)某同学根据实验数据画出了图乙所示的一条过坐标原点的倾斜直线,其中纵轴为小车的加速度大小,横轴应为　　　　。 

乙

A.         B.       C.mg        D.F

(3)当沙桶和沙的总质量较大导致a较大时,图线　　　　         。 

A.逐渐偏向纵轴

B.逐渐偏向横轴

C.仍保持原方向不变

解析:(1)实验前需要平衡摩擦力,使小车受到的合力等于绳子的拉力,选项A正确;小车受到的拉力可以由弹簧测力计测出,沙桶和沙的总质量不需要远小于小车的质量,选项B错误;滑轮的摩擦和绳子的质量会影响弹簧测力计示数,所以要求滑轮摩擦足够小,绳的质量足够轻,选项C正确;应先接通打点计时器的电源,再释放小车,选项D错误.

(2)探究加速度与合力的关系实验要控制小车质量不变,故应作出a-F图像,选项D正确.

(3)a-F图像中图线的斜率为小车质量的倒数,本实验中,小车质量m'不变,因此当沙桶和沙的总质量较大导致a较大时,a-F图像仍保持原方向不变,仍然是一条直线,故选项C正确.

答案:(1)AC　(2)D　(3)C

8.某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体受力的关系,已知小车的质量为m',单个钩码的质量为m,打点计时器所接的电源的频率为50 Hz,动滑轮质量不计,实验步骤如下:

甲

①按图示安装好实验装置,其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直;

②调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板匀速运动;

③挂上钩码,接通电源后,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求出小车的加速度;

④改变钩码的数量,重复步骤③,求得小车在不同合力作用下的加速度.

根据上述实验过程,回答以下问题.

(1)对于上述实验,下列说法正确的是　　　　. 

A.钩码的质量应远小于小车的质量

B.为了实验安全,打点计时器接直流电源

C.与小车相连的细线与长木板一定要平行

D.弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半

(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示,图中两相邻计数点间还有4个点未画出,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　　m/s2(结果保留两位有效数字). 

乙

(3)若电源的实际频率大于50 Hz,则(2)中加速度a的计算结果与实际值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 

(4)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像,与本实验相符的是　　　　. 

A             B             C              D

 (5)若实验步骤②中,让长木板水平放置,没有平衡摩擦力,其余实验步骤不变且操作正确,读出弹簧测力计的示数F,处理纸带,得到小车运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验,以弹簧测力计的示数F为纵坐标,以加速度a为横坐标,得到的图像是纵轴截距为b的一条倾斜直线,如图丙所示.已知小车的质量为m',重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦以及纸带与限位孔之间的摩擦,则小车和长木板之间的动摩擦因数μ=　　　　. 

丙

解析:(1)由图示实验装置可知,弹簧测力计可以测出细线对小车的拉力,实验不需要满足钩码的质量远小于小车的质量,选项A错误;打点计时器使用交变电源,选项B错误;为使小车受到的拉力等于细线的拉力,应调节滑轮的高度使与小车相连的细线与长木板平行,选项C正确;实验过程中,钩码向下加速运动,故弹簧测力计的读数小于钩码重力的一半,选项D错误.

(2)由图示纸带可知,相邻两个计数点之间的时间间隔t=5×0.02 s=0.1 s,由匀变速直线运动的推论Δx=at2,利用逐差法,可得加速度a==0.88 m/s2.

(3)若电源的实际频率大于50 Hz,打点计时器打点的时间间隔小于0.02 s,相邻两计数点间的时间间隔小于0.1 s,计算加速度时所用时间t偏大,加速度的

测量值小于真实值,即计算结果与实际值相比偏小.

(4)由装置及实验步骤可知,已经平衡摩擦力,小车受到的拉力F可以由弹簧测力计测出,小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比,即a-F图线为过原点的一条倾斜直线,由图示可知,选项B、C、D错误,选项A正确.

(5)小车受到的拉力FT大小等于弹簧测力计示数F,即FT=F,小车受到的摩擦力为Ff=μm'g,所以合力为F-μm'g,小车的加速度a与合力成正比,即a∝(F-μm'g),设比例系数为k,可得a=k(F-μm'g),所以F=·a+μm'g,由图像所给信息可得图像纵截距b=μm'g,解得μ=.

答案:(1)C　(2)0.88　(3)偏小　(4)A　(5)