【物理】2020届一轮复习人教版实验探究加速度与力质量的关系课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版实验探究加速度与力质量的关系课时作业

‎2　实验：探究加速度与力、质量的关系 ‎1．(实验的数据处理)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图10甲所示．‎ 图10‎ ‎(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________ m/s2.‎ ‎(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：‎ 砝码盘中砝码总重力F/N ‎0.196‎ ‎0.392‎ ‎0.588‎ ‎0.784‎ ‎0.980‎ 加速度a/(m·s－2)‎ ‎0.69‎ ‎1.18‎ ‎1.66‎ ‎2.18‎ ‎2.70‎ 请根据实验数据在图11所示坐标系中作出aF的关系图象．‎ 图11‎ ‎(3)根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点，请说明主要原因．‎ 答案　(1)0.16‎ ‎(2)见解析图 ‎(3)计算F时忘记加入砝码盘的重力 解析　(1)由题意可知计数间隔T＝5T0＝0.1 s.‎ 由题图乙可知Δx＝0.16 cm＝1.6×10－3 m，由Δx＝aT2可得a＝0.16 m/s2.‎ ‎(2)aF图线如图所示．‎ ‎(3)平衡小车与桌面之间的摩擦力后，a-F图象仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移．‎ ‎2．(实验的误差分析)(多选)甲、乙、丙、丁四位同学在做“探究加速度与物体质量和合力的关系”的实验时(使用图12所示的装置)，设小车和车上砝码的总质量为M，小盘及盘中砝码的总质量为m，分别得出如图中甲、乙、丙、丁四个图象，其中甲、乙、丙是a-F图象，丁是a-图象，则下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．甲和乙没有把握好实验条件M远大于m B．丙和丁没有把握好实验条件M远大于m C．甲中长木板的倾角太小，乙中长木板的倾角太大 D．甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作 答案　BCD 解析　图象甲和乙都是直线，说明满足小车和车上砝码的总质量M远大于小盘及盘中砝码的总质量m，而丙和丁没有把握好此条件．故图线出现弯曲，A错误，B正确；甲、乙、丙中只有丙图经过原点，说明只有丙较好地完成了平衡摩擦力的操作，D正确；图象甲中图线在横轴上有截距，即F为某一值时才开始有加速度，说明长木板倾角太小，没有很好地平衡摩擦力，而图象乙中图线在纵轴上有截距，说明长木板倾角太大，平衡摩擦力过度，C正确．‎ ‎3．(创新实验)为了探究加速度与力的关系，使用如图13所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：‎ 图13‎ ‎(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？‎ ‎(2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________．‎ A．m1＝5 g　　　　　　 B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g ‎(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a的表达式为：____________.(用Δt1、Δt2、D、x表示)‎ 答案　(1)见解析　(2)D　(3)a＝ 解析　(1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt都相等．‎ ‎(2)本实验只有在满足m≪M的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D是不合适的．‎ ‎(3)由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于瞬时速度，即有v1＝，v2＝，再根据运动学公式v－v＝2ax得：a＝.‎ 课时作业 一、选择题(1～3为单项选择题)‎ ‎1．利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法中正确的是(　　)‎ 图1‎ A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系 B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系 C．先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 答案　D 解析　该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系．在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确．‎ ‎2．如图2所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后，准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是(　　)‎ 图2‎ A．实验前没有平衡摩擦力 B．拉小车的细线应与长木板平行 C．实验中所用电源应为交流电源 D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些 答案　D 解析　小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远些，选项D错误．‎ ‎3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(　　)‎ 答案　B 解析　依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高．故B正确，A、C、D错误．‎ 二、非选择题 ‎4．用图3甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系．‎ 图3‎ ‎(1)完成平衡摩擦力的相关内容：‎ ‎①取下砂桶，把木板不带滑轮的一端垫高；‎ ‎②接通打点计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动．如果打出的纸带如图乙所示，则应________(填“增大”“减小”或“不改变”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出________的点迹为止．‎ ‎(2)某同学实验时得到如图丙所示的a-F图象(砂和砂桶总质量远小于小车质量)，则该同学探究的是：在小车质量一定的条件下，________________成正比．‎ ‎(3)上题中若砂和砂桶总质量过大，不能远小于小车质量，则可能会出现下列图象中的(　　)‎ 答案　(1)减小　间隔相等　(2)小车的加速度与所受拉力　(3)B 解析　(1)由图乙所示纸带可知，小车在运动过程中在相等时间内的位移越来越大，小车做加速运动，平衡摩擦力太过，木板倾角太大，应减小木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹间隔相等为止．‎ ‎(2)由图丙可知，纵轴表示加速度，横轴表示力，探究的是加速度与力的关系，应控制小车质量不变，由图象可知：在小车质量一定的条件下，小车的加速度与所受的拉力成正比．‎ ‎(3)若砂和砂桶总质量过大，不能远小于小车质量，小车加速度与力不成正比，a-F图象不是直线，a-F图象向下弯曲，由图象可知，会出现B所示情况．‎ ‎5．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小钩码探究加速度与力的关系，实验装置如图4甲所示．‎ 图4‎ ‎(1)图乙是实验中得到的一条纸带，图中打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，作出的图象如丙图中图线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，直接测量细线拉小车的力F′，作aF′图如丙图中图线2所示，则图线不过原点的原因是____________________，对于图象上相同的力，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，再以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F和传感器测得的F′为横轴作图象，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方案：________________________________________.‎ 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)将n个钩码都放在小车上，每次从小车上取一个钩码挂在细线上，其余钩码留在小车上随小车一起运动 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不等于零时，a仍然为零，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)要使两个图线基本重合，只要满足钩码的质量远小于小车的质量即可．‎ ‎6．如图5所示为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率．‎ 图5‎ ‎(1)实验主要步骤如下：‎ ‎①将拉力传感器固定在小车上．‎ ‎②平衡摩擦力，让小车在不受拉力时做________运动．‎ ‎③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使___________________________________________________．‎ ‎④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB.‎ ‎⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作．‎ ‎(2)下表中记录了实验测得的几组数据，v－v是两个速度传感器记录速度的平方差，则加速度的表达式a＝________，请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留三位有效数字).‎ 次数 F/N v－v/(m2·s－2)‎ a/(m·s－2)‎ ‎1‎ ‎0.60‎ ‎0.77‎ ‎0.80‎ ‎2‎ ‎1.04‎ ‎1.61‎ ‎1.68‎ ‎3‎ ‎1.42‎ ‎2.34‎ ‎2.44‎ ‎4‎ ‎2.62‎ ‎4.65‎ ‎5‎ ‎3.00‎ ‎5.49‎ ‎5.72‎ ‎(3)由表中数据，在图6坐标纸上作出a－F关系图线．‎ 图6‎ ‎(4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是_____________________________．‎ 答案　(1)②匀速直线　③细线与长木板平行 ‎(2)　4.84‎ ‎(3)见解析图 ‎(4)没有完全平衡摩擦力 解析　(1)②平衡摩擦力完成的依据是小车在不受拉力作用时恰好做匀速直线运动．③为保证细线的拉力不变，细线必须与长木板平行．‎ ‎(2)由匀变速直线运动速度与时间的关系v－v＝2aL可得，a＝.将v－v＝‎ ‎4.65 m2/s2，L＝0.48 m代入后可得a≈4.84 m/s2.‎ ‎(3)如图所示 ‎(4)由作出的a－F图象可知，当拉力F已经大于0时，小车的加速度仍然为0，故可能的原因是没有完全平衡摩擦力．‎