2 实验：探究加速度与力、质量的关系
时间：60分钟
1．在利用打点计时器和小车来做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法中不正确的是 ( )．
A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
解析 本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)拴在小车上，A错；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对．
答案 A
2．用打点计时器测量加速度探究加速度与力、质量的关系时，需要平衡摩擦力．平衡摩擦力时，应该让小车 ( )．
A．挂上小盘，拖上纸带，开动打点计时器
B．不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器
C．挂上小盘，不拖纸带
D．不挂小盘，不拖纸带
解析 平衡摩擦力时，应把纸带所受的摩擦阻力一起平衡掉，所以应让小车拖着纸带，且让打点计时器处于工作状态，B正确．
答案 B
3．利用如图4－2－11甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的定量关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图象如图4－2－11乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图象如图4－2－11乙中的直线Ⅱ所示．直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况原因的解释正确的是 ( )．
图4－2－11
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
解析 图线Ⅰ表明不对小车施加拉力小车就有加速度，说明平衡摩擦力过度，即长木板不带滑轮的一端垫得过高了．图线Ⅱ表明对小车施加的拉力达到一定程度后，小车才加速运动，说明没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够．
答案 BC
4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，备有下列器材：
A．电火花计时器；B.天平；C.秒表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、滑块(可骑在气垫导轨上)；H.气垫导轨(一端带定滑轮)；I.毫米刻度尺；J.小型气泵．
(1)实验中应选用的器材有________；
实验的研究对象是____________________________________________．
(2)本实验分两大步骤进行：①_______________________________________；
②_______________________________________________________________.
答案 (1)ABDFGHIJ 滑块
(2)①保持滑块质量不变，研究a与F的关系
②保持拉力不变，研究a与m的关系
5．用图4－2－12所示装置探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：
图4－2－12
(1)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图所示．请你指出该装置中错误或不妥之处：____________________________________________
__________________________________________________________________.
(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验．图4－2－13是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可算出小车的加速度a为________ m/s2.
图4－2－13
解析 (1)打点计时器必须使用交流电源，不能使用干电池；为了保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合外力，实验前必须平衡摩擦力，该装置却没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下更多的点，实验时小车的初始位置离打点计时器不可太远．
(2)加速度可用逐差法求出：
a＝＝×10－2 m/s2＝0.195 m/s2.
答案 (1)打点计时器不能使用干电池，应使用低压交流电源；实验中没有平衡摩擦力；小车初始位置离打点计时器太远 (2)0.195
6．用斜面、小车、砝码等器材探究a、m、F三者关系的实验中，图4－2－14所示为实验中一条打点的纸带，相邻计数点的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、…、x6已量出．
图4－2－14
(1)写出几种计算加速度的表达式：
(2)图4－2－15甲是A同学根据测量数据画出的a－F图线，试简析实验中存在的问题；
图4－2－15
(3)B、C同学用同一实验装置进行探究实验，画出了各自得到的a－F图象，如图4－2－15乙所示．说明两位同学做实验时的哪一个物理量取值始终不同，并比较其大小．
答案 (1)a＝；a＝；
a＝；
(2)由图象可以看出，当F≤F0时，小车的加速度a＝0，可能因为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，当托盘及砝码的总质量比较小时，小车不动；
(3)由图象可知，小车的质量始终不同，当F相同时，aB>aC，说明C车的质量大于B车的质量．
7．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图4－2－16甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)．
图4－2－16
(1)图4－2－16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(保留两位有效数字)．
(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：
实验次数
物理量
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/(m·s－2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg－1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在如图4－2－17所示的方格坐标纸中画出a－图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是________．
图4－2－17 图4－2－18
(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图4－2－18所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因是___________________________________________________
________________________________________________________________.
解析 (1)连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移的大小，可以选用逐差法计算加速度．
由x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm
电火花打点计时器周期T＝＝0.02 s
用逐差法可得x3－x1＝2a(2T)2，x4－x2＝2a(2T)2
故a＝＝＝3.2 m/s2.
(2)在a－坐标系中描点连线得a－图线如图所示，可得a＝.
(3)由a－F图线F增大至某值时物体开始有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．
答案 (1)3.2 (2)见解析 a＝
(3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
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