2020-2021学年第四章 运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系优秀课件ppt

实验: 探究加速度与力、质量的关系

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、实验题

1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：

（1）当质量m一定时，a与F合成___________比；当力F合一定时，a与m成___________比。

（2）如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图，以下做法正确的是___________。

A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

B．本实验中探究的方法是控制变量法

C．实验时，先放开小车，后接通电源

D．小车应尽量远离打点计时器开始释放

2．某同学设计了一个验证加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图甲为实验装置简图。（交流电的频率为50 Hz）

（1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_________m/s2 。（计算结果保留二位有效数字）

（2）保持小车的质量不变，改变桶内砝码的质量，某位同学根据实验数据分别作出了加速度a随合力F的变化图线如图丙所示，图线上部出现了弯曲并偏离原来的直线，其主要原因是___________；若从小车中取出砝码放入桶中，并以桶、桶中的砝码、车和车中的砝码整体为研究对象，图线上部___________（填“会”或“不会”）弯曲。

3．在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，某小组在实验室组装了如图甲所示的装置。小车及其上所放砝码总质量为M，砂和小桶总质量为m。要完成该实验，请回答下列问题：

（1）关于该实验以下说法正确的是__________

A．安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平行

B．平衡摩擦力时，撤去砂桶，轻推小车，接通打点计时器的电源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

C．实验过程中，向砂桶内加砂时，必须保证砂和砂桶的总质量m远小于小车与砝码的总质量M

D．改变小车总质量时，必须要重新进行平衡摩擦操作

（2）图乙是按照规范操作的某次实验得到的一条纸带，已知打点计时器的工作频率为，则打下点C时滑块的瞬时速度=___________；滑块的加速度a=___________m/s2。（结果均保留2位有效数字）

（3）在探究a与F的关系时，作出了图线如图丙所示，该图线不过原点的主要原因是________；

4．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

（1）下列说法正确的是___________；

A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B．实验时应先接通电源后释放小车

C．本实验小车的质量应远大于砂和砂桶的质量

D．在用图像探究加速度与质量的关系时，应作a-m图像

（2）某同学在实验中打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为，其中、、、，已知电源频率为50Hz，则小车的加速度___________；

（3）某同学将轨道右端适当垫高，其目的是___________。如果他没有进行这个操作，用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力，则他绘出的a-F关系图像是___________。

A． B． C． D．

5．小莹同学用如图所示的实验装置探究小车的加速度与质量的关系。打点计时器所用交变电流的频率为。

（1）长木板右侧垫高是为了补偿小车受到的阻力，应调节木板的倾斜度，使小车___________，即可认为完成补偿。

（2）如图是小莹某次实验得到的纸带，她在纸带上选取了、、、、、、、八个计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，打计数点的时刻定为计时起点（），部分实验数据如图所示。

由以上数据可知，时的瞬时速度为___________，这次实验小车的加速度___________。（小数点后保留2位数字）

（3）小莹同学保持小车所受的拉力不变，改变小车的质量，分别测得不同质量时小车加速度、然后小莹画了如下甲、乙两个图像：

下列说法正确的有___________。

A．由图像甲能确定小车的加速度与质量成反比

B．由图像乙能确定小车的加速度与质量成反比

C．由图像乙的斜率可以知道小车受到的拉力大小

D．由图像甲中曲线与坐标轴所围的面积可以知道小车受到的拉力大小

参考答案：

1．     正比     反比     B

【解析】

【详解】

(1)[1]当质量m一定时，a与F合成正比；

[2] 当力F合一定时，a与m 成反比；

（2）[3]A．平衡摩擦力时，应将重物取下，A错误；

B．本实验中探究的方法是控制变量法，B正确；

C．实验时，应先接通电源，再放开小车，C错误；

D．小车应尽量靠近打点计时器开始释放，D错误；

故选B。

2．     3.2     砂和砂桶的质量没有远小于车的质量     不会

【解析】

【详解】

（1）[1]从b图中看出相邻的计数点时间间隔为0.04s，利用匀变速直线运动的两个推论得出

（2）[2]设小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m，根据牛顿第二定律，对砂和砂桶有

对小车有

解得

当时且小车质量M保持不变时，则可知绳子的拉力近似等于砂和砂桶的总重力； F从0开始增加，当砂和砂桶的质量远小于车的质量时，砂和砂桶的重力可近乎看成与小车质量M成比，故此时图线为直线；当砂和砂桶的质量增加到一定程度不再远小于车的质量时，绳子的拉力与砂和砂桶的总重力相差就变大，此时图线上部出现弯曲；所以原因是砂和砂桶的质量没有远小于车的质量。

[3]以桶、桶中的砝码、车和车中的砝码整体为研究对象，设张力为T，对砂和砂桶有

对小车有

由以上两式得整体的加速度为

从小车中取出砝码放入桶中，即虽然m变化，但整体质量不变即恒定，所以a与mg成正比，所以图线上部不会发生弯曲。

3．     AC##CA     0.71     0.72     平衡摩擦时木板倾角太小或未平衡摩擦力

【解析】

【详解】

（1）[1]A．为使小车受到的拉力恒定，安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平行，故A正确；

B．为充分利用质点，实验时应先接通打点计时器的电源，再轻推小车，故B错误；

C．为使砂和砂桶的重力能够替代小车受到的合外力，应保证砂和砂桶的总质量m远小于小车与砝码的总质量M，故C正确；

D．改变小车总质量时，阻力和重力的下滑分力仍然平衡，不需要重新进行平衡摩擦操作，故D错误。

故选AC。

（2）[2]频率为，打点时间间隔

T=0.02s

=0.708m/s≈0.71 m/s

[3]根据逐差法

（3）[4]由图可知F较小时加速度为零，即摩擦力还存在，即平衡摩擦时木板倾角太小或未平衡摩擦力。

4．     BC##CB     0.63     补偿阻力（或平衡摩擦力）     D

【解析】

【详解】

（1）[1]A．设平衡摩擦力时木板抬高的倾角为θ，在沿木板方向根据平衡条件有

解得

所以木板抬高的倾角θ与小车质量m无关，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故A错误；

B．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通电源，再释放小车，故B正确；

C．本实验用砂和砂桶重力m0g作为小车所受合力，对小车根据牛顿第二定律有

对砂和砂桶同理有

联立解得

由上式可知只有当时才近似等于，故C正确；

D．根据牛顿第二定律可知

即a与m成反比例关系，理论上a-m图像是双曲线的一支，但是判断实验作出的图像是否为双曲线并不容易，所以应作图像，当图像为直线时便可说明a与m成反比例关系，故D错误。

故选BC。

（2）[2]根据逐差法可得小车的加速度为

（3）[3]某同学将轨道右端适当垫高，其目的是补偿阻力（或平衡摩擦力）。

[4]如果没有进行平衡摩擦力操作，根据牛顿第二定律有

即

则绘出的a-F关系图像存在横截距。

故选D。

5．     在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动     0.72     0.51     BC##CB

【解析】

【详解】

（1）[1]长木板右侧垫高是为了补偿小车受到的阻力，应调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动， 即可认为完成补偿。

（2）[2]相邻两计数点间有四个点未画出，说明相邻两计数点间的时间间隔为

以打计数点的时刻定为计时起点，可知时刻为间的中间时刻，故该时刻的瞬时速度等于阶段的平均速度，则有

[3]假设段位移为，段位移为，段位移为，段位移为，则有

小车的加速度为

（3）[4]

A．图甲中图线为曲线，很难判定出自变量和因变量之间的关系，故不能确定小车的加速度与质量成反比，A错误；

B．图乙中图线为过原点的直线，可知小车的加速度与质量的倒数成正比，能确定小车的加速度与质量成反比，B正确；

C．根据牛顿第二定律可得

解得

可知图像的斜率等于小车受到的拉力，C正确；

D．牛顿第二定律具有瞬时性，小车受到的拉力具有瞬时性，由图像甲中曲线与坐标轴所围的面积不可以知道小车受到的拉力大小，D错误。

故选BC。