名师一号4-2实验探究加速度与力质量的关系

(学生用书P76)
巩固基础
1．在用实验探究加速度与力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析中，正确的是()
A．实验的基本思路是：保持物体质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系
B．实验的基本思路是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度和质量的关系
C．处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中的描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比
D．在处理数据时，以a为纵坐标，M为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点不在一条过原点的直线上，说明a与M成反比
解析：本实验是利用控制变量法得到a、F、M三者的关系，A、B、C所述符合实验的思路和处理数据的要求，如果在a－M图象中的点，不是一条过原点的直线，不能说明a与M 成反比的关系，故D选项错误．
答案：ABC
2．在探究加速度与力、质量的关系实验中，下列做法和理由正确的是()
A．实验中所用电源为低压直流电源
B．可以将装有砂子的小桶用钩码代替，这样会使实验更加方便
C．实验结果不用a－M图象，而用a－1/M图象，是为了便于根据图象直观地作出判断D．小车运动的加速度可用天平测出小桶和砂的质量(M′和m′)以及小车质量M后直接用公式a＝(M′＋m′)g/M求出，(M′＋m′)≪M
解析：实验利用打点计时器打点，用低压交流电源；实验中要使沙和沙桶的总质量m，远小于小车质量M，而且当改变外力时，可加入适量沙子，不能用钩码代替；实验结果的处理，a－图象理论上是一条直线，更便于根据图象做出判断，故C选项正确；D选项是从牛顿第二定律从理论上来求得，此实验是探究质量、外力、加速度三者的关系，根本不可能从理论上去求加速度．
答案：C
3．在本实验中，下列说法中正确的是()
A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂
B．实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量
C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力
解析：此实验的阻力不仅有小车与木板之间的摩擦，还有纸带与打点计时器限位孔之间的阻力，故平衡摩擦力时小车后面的纸带必须连好，故D选项正确；平衡摩擦力时不能挂小桶，让小车在木板上滑动，本实验应确保小车质量远大于沙和沙桶的总质量，这样才能认为沙和沙桶的重力近似等于对小车的拉力；物体的加速度a与质量M的关系图线不是直线．
答案：D
4．在探求a与F、m关系的实验中备有下列器材：
A．打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、小车、
沙和桶；H.薄木板
其中多余的器材是__________________，缺少的器材是__________________．
答案：C、E、H附有定滑轮的长木板、刻度尺
5．某学生在探究加速度与力、质量的关系实验中，测得小车的加速度a和拉力F，如下表所示：
F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
a/(m·s－2)
0.10
0.21
0.29
0.40
(1)根据表中的数据在下图中的方格纸上作a－F的图象．
(2)图线在F轴上的截距的物理意义是__________________________________．
(3)图线斜率的物理意义是____________________________________________．
答案：(1)略(2)小车所受的阻力大小
(3)小车和砝码总质量的倒数
6．按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序以字母代号填写在下面横线上：________________.
A．保持小桶里沙子的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次
B．保持小车质量不变，改变小桶和沙子的质量，测出加速度，重复几次
C．用天平测出小车和小桶的质量
D．平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动
E．挂上小桶，放进沙子，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点F．根据测量的数据，分别画出a－F和a－的图象
答案：DCEABF或DCEBAF
能力提升
7．探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F；用打点计时器测出小车的加速度a；得出若干组F和a的数据．然后根据测得的数据作出如下图所示的a－F图象，发现图线既不过原点，也不是直线，原因是()
A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大
B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大
C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大
D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大
解析：a－F图象不过原点，说明实验时没有平衡摩擦力或木板垫的低，没有彻底平衡摩擦力，实验中当小车质量一定时，小车的加速度的测量值a测＝<a理＝，所以a－F图象不是直线，而且F越大，即mg越大越明显，故C选项正确．
答案：C
8．如下图所示为某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()
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图象在a轴有截距说明平衡摩擦时木板角度过大，a－图象在轴有截距说明小车还受到摩擦力作用，即木板倾角过小，故A、D选项正确．
答案：AD
9．上述实验中沙和桶的总质量m和车与砝码的总质量M间必须满足的条件是________．实验中打出的纸带如下图所示．相邻计数点间的时间是0.1s，图中长度单位是cm，由此可以算出小车运动的加速度是________m/s2.
解析：小车在沙桶的拉力作用下做匀加速直线运动，绳的拉力略小于沙和沙桶的重力，小车的加速度越小，绳的拉力越接近沙和沙桶的重力mg，只有m≪M时才满足运动时的加速度很小，即认为沙和桶的总重mg为对小车的拉力．
s4－s1＝3aT2
a＝＝m/s2
＝0.46 m/s2.
答案：M≫m0.46m/s2
10．用如图所示装置，探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：
(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．下图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0.1s，由图中的数据可算得小车的加速度a为________m/s2.
解析：打点计时器必须使用交流电源，不能使用干电池，为保证细绳对小车的拉力作为小车受到的合外力，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＝＝m/s2＝0.195m/s2.
答案：(1)打点计时器不应使用干电池，应使用交流电源；实验中没有平衡小车的摩擦力；小车初始位置离打点计时器太远
(2)0.195
11．(拓展创新)两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图(a))．小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小．小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图(b))，控制两辆小车同时开始运动和结束运动．
(1)保证让小车质量M1＝M2，在小车上作用力水平外力F1、F2，从静止释放，经过实验得到了经相同时间内两小车的位移分别为
x1＝25.00 cm，
x2＝49.80 cm.
用天平称量两小盘及其中砝码的质量m1＝25 g，m2＝50 g.
由以上数据得到的结论为_________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)保证每个小车所挂小盘及其中砝码的质量相同，分别拉动质量M1＝500 g，M2＝1000 g 的小车重复以上实验在相同时间内得到
x1＝38.40 cm，
x2＝19.00 cm.
由以上数据，得到结论是__________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：小车做初速度为零的匀加速直线运动，由位移公式x＝at2可知，a＝，
当时间相同时，加速度之比等于位移之比，即＝.
(1)当小车质量相同，作用不同外力时，位移之比＝＝＝，
而外力之比，即＝＝＝.
即结论，在质量一定时，物体的加速度与外力成正比．
(2)＝＝.
＝＝.
即当外力一定时，物体的加速度跟质量成反比．
答案：(1)在质量一定时，物体的加速度跟外力成正比(2)在外力一定时，物体的加速度跟质量成反比。