資源簡介

2．實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系
[實驗目標]
1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律。
2．會測量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運動的a-F、a-圖像。
3．會通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的定量關系。
1．實驗原理
(1)控制變量法
①保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與合力的關系。
②保持小車所受合力不變，探究加速度與質(zhì)量的關系。
(2)求加速度a＝或a＝。
2．實驗器材
小車、砝碼、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導線兩根、紙帶、天平、刻度尺。
3．實驗步驟
(1)質(zhì)量的測量：用天平測量槽碼的質(zhì)量m′和砝碼的質(zhì)量m″、小車的質(zhì)量m。
(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，但是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車施加牽引力)。
(3)用阻力補償法測合力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能拉著紙帶勻速下滑。
(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，取下紙帶，編號碼。
②保持小車的質(zhì)量m不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，重復步驟①。
③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a。
④描點作圖，作a-F的圖像。
⑤保持小車所受拉力不變，改變小車的質(zhì)量m，重復步驟①和③，作出a-圖像。
4．數(shù)據(jù)處理
(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。
(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比。
(3)以a為縱坐標，為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比。
5．誤差分析
(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力。
(2)用平衡阻力法測合力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。
6．注意事項
(1)平衡阻力時不要掛重物，整個實驗補償阻力后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡阻力。
(2)實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于槽碼的總質(zhì)量，只有如此，槽碼的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。
(3)小車應靠近打點計時器且先接通電源再釋放小車。
(4)作圖像時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側，離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，舍去不予考慮。
類型一　實驗原理與操作
【典例1】　在研究作用力F一定時，小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關系的實驗中，某同學安裝的實驗裝置和設計的實驗步驟如下：
A．用天平稱出小車和槽碼的質(zhì)量
B．按圖安裝好實驗器材
C．把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛槽碼
D．將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量
E．保持槽碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗
F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值
G．作a-M關系圖像，并由圖像確定a與M的關系
(1)請改正實驗裝置圖中的錯誤。
①電磁打點計時器位置____________________________________________；
②小車位置______________________________________________________；
③滑輪位置____________________________________________________。
(2)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在步驟________之后。
(3)在上述步驟中，有錯誤的是步驟________，應把________改為________。
(4)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟E________，應把________改為________。
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
類型二　數(shù)據(jù)處理和誤差分析
【典例2】　某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關系的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖。
(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2。(保留2位有效數(shù)字，交流電的頻率為50 Hz)
(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應的，數(shù)據(jù)如下表：
實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8
小車加速度a/(m·s-2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小車質(zhì)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
請在圖丙中畫出a-圖線，并依據(jù)圖線求出小車加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關系式是________。
(3)保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼個數(shù)，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖丁所示。該圖線不通過原點，其主要原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　a-F、a-圖線的可能情形及對應原因
(1)若平衡阻力時，木板墊起的傾角過小，則a-F、a-圖像如圖甲、乙中①②所示。
(2)若平衡阻力時，木板墊起的傾角過大，則a-F、a-圖像如圖甲、乙中③④所示。
(3)若實驗中沒有滿足M遠大于m，則a-F、a-圖像如圖丙、丁所示。
類型三　創(chuàng)新實驗設計
【典例3】　(2024·江西卷)某小組探究物體加速度與其所受合力的關系。實驗裝置如圖(a)所示，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定一遮光片，細線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。
(1)實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細線與軌道平行，再適當墊高軌道左端以平衡小車所受阻力。
(2)小車的質(zhì)量為M1＝320 g。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m所對應小車的加速度a。鉤碼所受重力記為F，作出a-F圖像，如圖(b)中圖線甲所示。
(3)由圖線甲可知，F(xiàn)較小時，a與F成正比；F較大時，a與F不成正比。為了進一步探究，將小車的質(zhì)量增加至M2＝470 g，重復步驟(2)的測量過程，作出a-F圖像，如圖(b)中圖線乙所示。
(4)與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間________，非線性區(qū)間________。再將小車的質(zhì)量增加至M3＝720 g，重復步驟(2)的測量過程，記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a，如表所示(表中第9～14組數(shù)據(jù)未列出)。
序號 1 2 3 4 5
鉤碼所受重力F/(×9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100
小車加速度a/(m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36
序號 6 7 8 9～14 15
鉤碼所受重力F/(×9.8 N) 0.120 0.140 0.160 …… 0.300
小車加速度a/(m·s-2) 1.67 1.95 2.20 …… 3.92
(5)請在圖(b)中補充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點，并補充完成圖線丙。
(6)根據(jù)以上實驗結果猜想和推斷：小車的質(zhì)量______________時，a與F成正比。結合所學知識對上述推斷進行解釋：_______________________。
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
6/62．實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系
[實驗目標]
1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律。
2．會測量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運動的a-F、a-圖像。
3．會通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的定量關系。
1．實驗原理
(1)控制變量法
①保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與合力的關系。
②保持小車所受合力不變，探究加速度與質(zhì)量的關系。
(2)求加速度a＝或a＝。
2．實驗器材
小車、砝碼、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導線兩根、紙帶、天平、刻度尺。
3．實驗步驟
(1)質(zhì)量的測量：用天平測量槽碼的質(zhì)量m′和砝碼的質(zhì)量m″、小車的質(zhì)量m。
(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，但是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車施加牽引力)。
(3)用阻力補償法測合力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能拉著紙帶勻速下滑。
(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，取下紙帶，編號碼。
②保持小車的質(zhì)量m不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，重復步驟①。
③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a。
④描點作圖，作a-F的圖像。
⑤保持小車所受拉力不變，改變小車的質(zhì)量m，重復步驟①和③，作出a-圖像。
4．數(shù)據(jù)處理
(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。
(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比。
(3)以a為縱坐標，為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比。
5．誤差分析
(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力。
(2)用平衡阻力法測合力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。
6．注意事項
(1)平衡阻力時不要掛重物，整個實驗補償阻力后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡阻力。
(2)實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于槽碼的總質(zhì)量，只有如此，槽碼的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。
(3)小車應靠近打點計時器且先接通電源再釋放小車。
(4)作圖像時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側，離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，舍去不予考慮。
類型一　實驗原理與操作
【典例1】　在研究作用力F一定時，小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關系的實驗中，某同學安裝的實驗裝置和設計的實驗步驟如下：
A．用天平稱出小車和槽碼的質(zhì)量
B．按圖安裝好實驗器材
C．把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛槽碼
D．將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量
E．保持槽碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗
F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值
G．作a-M關系圖像，并由圖像確定a與M的關系
(1)請改正實驗裝置圖中的錯誤。
①電磁打點計時器位置____________________________________________；
②小車位置______________________________________________________；
③滑輪位置____________________________________________________。
(2)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在步驟________之后。
(3)在上述步驟中，有錯誤的是步驟________，應把________改為________。
(4)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟E________，應把________改為________。
[解析]　(1)①電磁打點計時器應固定在長木板無滑輪的一端，應靠近右端；②釋放小車時，小車應靠近打點計時器；③連接小車的細繩應平行于木板，故應調(diào)節(jié)滑輪位置使細繩平行于木板。
(2)實驗時應平衡阻力，使小車所受重力沿木板方向的分力與小車所受阻力平衡，故應墊高長木板右端以平衡阻力。實驗中把槽碼的重力看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮阻力，故必須平衡阻力且應排在步驟B之后。
(3)步驟D中電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在8 V的交流電源上。
(4)步驟G中作a-M關系圖像，得到的是曲線，很難進行正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a-關系圖像。
[答案]　(1)①應靠右端　②應靠近打點計時器　③應使細繩平行于木板　(2)平衡阻力　B　(3)D　6 V電壓的蓄電池　8 V的交流電源　(4)G　作a-M關系圖像　作a-關系圖像
類型二　數(shù)據(jù)處理和誤差分析
【典例2】　某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關系的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖。
(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2。(保留2位有效數(shù)字，交流電的頻率為50 Hz)
(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應的，數(shù)據(jù)如下表：
實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8
小車加速度a/(m·s-2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小車質(zhì)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
請在圖丙中畫出a-圖線，并依據(jù)圖線求出小車加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關系式是________。
(3)保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼個數(shù)，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖丁所示。該圖線不通過原點，其主要原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)用逐差法計算加速度，由紙帶上的數(shù)據(jù)可知x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm。電火花計時器的打點周期為T＝0.02 s，故加速度a＝≈3.2 m/s2。
(2)根據(jù)題目提供的小車加速度a與質(zhì)量m對應的倒數(shù)的有關數(shù)據(jù)，可在坐標系中描出8個對應點，用一條直線“連接”各點，使盡量多的點落在直線上，不在直線上的點大致均勻分布在直線的兩側，得到的a-圖線如圖所示 ，由圖可得a＝。
(3)由題圖丁可分析，當加速度a為零時，拉力F并不為零，說明實驗前沒有平衡阻力或者平衡阻力不足。
[答案]　(1)3.2　(2)見解析圖　a＝　(3)實驗前沒有平衡阻力或者平衡阻力不足
　a-F、a-圖線的可能情形及對應原因
(1)若平衡阻力時，木板墊起的傾角過小，則a-F、a-圖像如圖甲、乙中①②所示。
(2)若平衡阻力時，木板墊起的傾角過大，則a-F、a-圖像如圖甲、乙中③④所示。
(3)若實驗中沒有滿足M遠大于m，則a-F、a-圖像如圖丙、丁所示。
類型三　創(chuàng)新實驗設計
【典例3】　(2024·江西卷)某小組探究物體加速度與其所受合力的關系。實驗裝置如圖(a)所示，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定一遮光片，細線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。
(1)實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細線與軌道平行，再適當墊高軌道左端以平衡小車所受阻力。
(2)小車的質(zhì)量為M1＝320 g。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m所對應小車的加速度a。鉤碼所受重力記為F，作出a-F圖像，如圖(b)中圖線甲所示。
(3)由圖線甲可知，F(xiàn)較小時，a與F成正比；F較大時，a與F不成正比。為了進一步探究，將小車的質(zhì)量增加至M2＝470 g，重復步驟(2)的測量過程，作出a-F圖像，如圖(b)中圖線乙所示。
(4)與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間________，非線性區(qū)間________。再將小車的質(zhì)量增加至M3＝720 g，重復步驟(2)的測量過程，記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a，如表所示(表中第9～14組數(shù)據(jù)未列出)。
序號 1 2 3 4 5
鉤碼所受重力F/(×9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100
小車加速度a/(m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36
序號 6 7 8 9～14 15
鉤碼所受重力F/(×9.8 N) 0.120 0.140 0.160 …… 0.300
小車加速度a/(m·s-2) 1.67 1.95 2.20 …… 3.92
(5)請在圖(b)中補充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點，并補充完成圖線丙。
(6)根據(jù)以上實驗結果猜想和推斷：小車的質(zhì)量______________時，a與F成正比。結合所學知識對上述推斷進行解釋：_______________________。
[解析]　(4)根據(jù)題圖(b)分析可知，與圖線甲相比，圖線乙的線性區(qū)間較大，非線性區(qū)間較小。
(5)在坐標系中進行描點，結合其他點用平滑的曲線擬合，使盡可能多的點在線上，不在線上的點均勻分布在線的兩側，如圖所示。
(6)對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有F－T＝ma，對小車根據(jù)牛頓第二定律有T＝Ma，聯(lián)立解得F＝(M＋m)a，變形得a＝F，當m M時，可認為m＋M≈M，則a＝F，即a與F成正比。
[答案]　(4)較大　較小　(5)見解析圖　(6)遠大于鉤碼的質(zhì)量　見解析
實驗針對訓練(五)
1．如圖所示為某同學探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關系”的實驗裝置示意圖。
(1)下面列出了一些實驗器材：電磁打點計時器、紙帶、帶滑輪的長木板、墊板、小車和砝碼、沙和沙桶、天平(附砝碼)。除以上器材外，還需要的有________。
A．停表 B．刻度尺
C．交流電源 D．直流電源
(2)本實驗采用的科學方法是________。
A．理想實驗法 B．控制變量法
C．建立物理模型法
(3)實驗中需要平衡打點計時器對小車的阻力及其他阻力；小車放在長木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。把長木板一端墊高，調(diào)節(jié)長木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿長木板做________運動。
(4)某小組在探究“外力一定時，加速度與質(zhì)量的關系”時，保持沙和沙桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量m的數(shù)據(jù)，在分析處理數(shù)據(jù)時，該組同學產(chǎn)生分歧：甲同學認為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖像，如圖甲所示，然后由圖像直接得出a與m成反比，乙同學認為應該繼續(xù)驗證a與其質(zhì)量的倒數(shù)是否成正比，并作出小車加速度a與其質(zhì)量的倒數(shù)的圖像，如圖乙所示。你認為同學________(選填“甲”或“乙”)的方案更合理。
[解析]　(1)本實驗中需要測位移，則需要刻度尺，電磁打點計時器需要低壓交流電源，故選BC。
(2)實驗探究外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關系，采用的科學方法是控制變量法，故選B。
(3)平衡阻力時，把長木板一端墊高，調(diào)節(jié)長木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿長木板做勻速直線運動即可。
(4)甲同學作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖像，圖像是一條曲線，不能由圖像直接得出a與m成反比；乙同學作出小車加速度a與其質(zhì)量的倒數(shù)的圖像，圖像是一條過原點的傾斜的直線，可以得出加速度a與其質(zhì)量的倒數(shù)成正比，所以乙的方案更合理。
[答案]　(1)BC　(2)B　(3)勻速直線　(4)乙
2．用斜面、小車、砝碼等器材做探究加速度與力、質(zhì)量關系的實驗。如圖所示為實驗中的一條打點紙帶，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距x1，x2，x3，…，x6已量出。
(1)根據(jù)給出的信息，寫出加速度的幾種表達式：__________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)實驗中要對砝碼質(zhì)量m和小車質(zhì)量M進行選取，以下最合理的一組是________。
A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
[解析]　(1)小車在恒力作用下做勻變速直線運動，加速度可由打點計時器打出的紙帶來計算，表達式有以下幾種：a＝；a＝；a＝。
(2)在探究加速度與力、質(zhì)量的關系的實驗中，為使細繩對小車的拉力等于小盤和砝碼的總重力，應滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，且盡可能多測幾組數(shù)據(jù)，故C項最合理。
[答案]　(1)a＝；a＝；a＝　(2)C
3．(2024·浙江1月選考改編)如圖1所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置。
(1)該實驗過程中操作正確的是________。
A．平衡阻力時小車未連接紙帶
B．先接通打點計時器電源，后釋放小車
C．調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行
(2)在小車質(zhì)量________(選填“遠大于”或“遠小于”)槽碼質(zhì)量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差，下列可行的方案是________。
A．用氣墊導軌代替普通導軌，滑塊代替小車
B．在小車上加裝遮光條，用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器
C．在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力的大小
(3)經(jīng)正確操作后獲得一條如圖2所示的紙帶，建立以計數(shù)點0為坐標原點的x軸，各計數(shù)點的位置坐標分別為0、x1、…、x6。已知打點計時器的打點周期為T，則打計數(shù)點5時小車速度的表達式v＝________；小車加速度的表達式是________。
A．a(chǎn)＝ 　　B．a(chǎn)＝　　C．a(chǎn)＝
[解析]　(1)平衡阻力時小車需要連接紙帶，一方面是需要連同紙帶所受的阻力一并平衡，另外一方面是通過紙帶上的點間距判斷小車是否在長木板上做勻速直線運動，故A錯誤；由于小車速度較快，且運動距離有限，打出的紙帶長度也有限，為了能在長度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當?shù)臄?shù)據(jù)點，實驗時應先接通打點計時器電源，后釋放小車，故B正確；為使小車所受拉力與速度同向，應調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與長木板平行，故C錯誤。
(2)設小車質(zhì)量為M，槽碼質(zhì)量為m。對小車和槽碼根據(jù)牛頓第二定律分別有F＝Ma，mg－F＝ma，聯(lián)立解得F＝，由上式可知在小車質(zhì)量遠大于槽碼質(zhì)量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。
上述做法引起的誤差是由于實驗方法或原理不完善造成的，屬于系統(tǒng)誤差。該誤差是將細繩拉力用槽碼重力近似替代所引入的，不是由于車與木板間存在阻力(實驗中已經(jīng)平衡了阻力)或是速度測量精度低造成的，為減小此誤差，可在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力的大小。故選C。
(3)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為t＝5T，打計數(shù)點5時小車速度的表達式為v＝＝；根據(jù)逐差法可得小車加速度的表達式是a＝＝，故選A。
[答案]　(1)B　(2)遠大于　系統(tǒng)誤差　C　(3)　A
4．為了探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關系，甲、乙兩同學設計了如圖(a)所示的實驗裝置，其中M為小車的質(zhì)量，m為沙和沙桶的總質(zhì)量，滑輪固定在車上，質(zhì)量為m0＝0.1 kg。力傳感器可測出輕繩上的拉力F的大小，不計滑輪與輕繩之間的摩擦。
(1)實驗時，一定要進行的操作是________。(填寫選項前的字母)
A．用天平測出沙和沙桶的總質(zhì)量
B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以補償阻力
C．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄力傳感器的示數(shù)
D．為減小誤差，實驗中一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M
(2)甲同學在實驗中得到如圖(b)所示的一條紙帶(相鄰兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出打點計時器打下標號為2的點時小車的速度為________m/s，小車的加速度為________m/s2(結果保留3位有效數(shù)字)。
(3)乙同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出如圖(c)所示的a-F圖線，該同學做實驗時存在的問題是________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)本題中輕繩上的拉力可以由力傳感器測出，因此不需要用天平測出沙和沙桶的總質(zhì)量，也不需要使沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，A、D錯誤；實驗時需將長木板右端墊高，以平衡阻力，B正確；實驗時，小車應靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，并記錄力傳感器的示數(shù)，C正確。
(2)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T＝5×0.02 s＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運動中某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度可得
v2＝m/s＝0.396 m/s
根據(jù)Δx＝aT2可得小車的加速度
a＝m/s2＝0.380 m/s2。
(3)由題圖(c)可知，當a＝0時，F(xiàn)不等于0，故乙同學沒有平衡阻力或者平衡阻力不夠。
[答案]　(1)BC　(2)0.396　0.380　(3)沒有平衡阻力或者平衡阻力不夠
12/12

展開更多......

收起↑