高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系一课一练

科学探究：加速度与力、质量的关系

1.(1)某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中打出了一条纸带如图1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,量出相邻计数点之间的距离。则小车在计数点1的速度v1=_____________ m/s,该小车的加速度a=____________ m/s2。( 结果保留三位有效数字) 

(2)如图2为该同学使用的装置,为了减小实验误差,该同学进行了平衡摩擦力的操作:取下重物,把小车不带滑轮的一端垫高,_______________(选填“释放”或“轻推”)小车,不断调整木板的倾角,直到小车能在木板上做____________ ___运动为止。 

【解析】(1)由于每5个点取一个计数点,所以相邻的计数点间的时间T=0.1 s,设0到1之间的距离为x1,以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6,根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解小车在计数点1的速度,得:

v1== m/s=0.360 m/s,根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2,用逐差法可以求出加速度的大小:a==1.58 m/s2。

(2)平衡摩擦力时轻推小车,若小车能够做匀速直线运动,则摩擦力得到平衡。取下重物,把小车不带滑轮的一端垫高,轻推小车,不断调整木板的倾角,直到小车能在木板上做匀速直线运动为止。

答案:(1)0.360　1.58　(2)轻推　匀速直线

2.某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。

(1)打点计时器是一种计时仪器,其电源频率为50 Hz,常用的电磁打点计时器和电火花打点计时器,使用的都是____________(选填“直流电”或“交流电”)。 

(2)(多选)下列说法中正确的是____________。 

A.图甲中细线应保持与木板表面平行

B.每次改变小车质量后都需要重新平衡摩擦力

C.用盘和重物的总重力作为细线的拉力,对实验结果会产生误差

D.为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板的左端适当垫高

(3)某同学在实验中,打出的一条纸带如图乙所示,他选择了几个计时点A、B、C、D、E作为计数点,且相邻两计数点间还有4个计时点没有标出,其中x1=7.06 cm、x2=7.68 cm、x3=8.30 cm、x4=8.92 cm,那么打B点的瞬时速度大小是________ m/s;纸带加速度的大小是____________ m/s2。(计算结果保留两位有效数字) 

【解析】(1)打点计时器使用的是交流电。

(2)细线必须与板面平行,否则小车受力情况复杂,故选项A正确;实验过程中,只需平衡一次摩擦力,改变小车质量时,不必重新平衡摩擦力,选项B错误;设盘和重物的质量为m,小车的质量为M,只有当m≪M时,细线的拉力T≈mg,实际情况T略小于mg,所以mg代替拉力是有误差的,故选项C正确;只能减小摩擦力对实验的影响,但不能消除,故选项D错误。

(3)由运动学公式和逐差相等来求小车的瞬时速度和加速度,因为相邻两个计数点间有四个点未画出,所以相邻两个计数点间时间为T=0.1 s,vB===

m/s=0.74 m/s,a==

m/s2=0.62 m/s2

答案:(1)交流电　(2)A、C　(3)0.74　0.62

3.如图甲所示是研究小车加速度与力的关系的实验装置。木板置于水平桌面上,一端系有沙桶的细绳通过滑轮与固定的拉力传感器相连,拉力传感器可显示所受的拉力大小F,改变沙桶中沙的质量并多次实验。请回答下列问题:

(1)如图乙所示为实验中得到的一条纸带,相邻计数点间有四个点未标出,所接电源的频率为50 Hz,则打B点时小车的速度大小为____________ m/s,小车的加速度大小为_______________ m/s2。(结果保留三位有效数字) 

(2)实验中描绘出a-F图像如图丙所示,图像不过原点的原因是__________

__________________________。 

【解析】(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上相邻计数点间的时间间隔为:T=5×0.02 s=0.1 s。

B点对应的速度为:

vB== m/s=0.416 m/s;

根据Δx=aT2可得,小车运动的加速度为:

a== m/s2=1.48 m/s2

(2)由图像可知,a-F图像在a轴上有截距,这是由于平衡摩擦力过度,即在实际操作中,平衡摩擦力时木板倾角过大,平衡摩擦力过度。

答案:(1)0.416　1.48　(2)平衡摩擦力过度

【加固训练】

　　某同学用如图1所示的实验装置做“探究加速度与力的关系”的实验,方法如下:在水平轨道的B点固定一个光电门,A点有一个小车,小车上有一个宽度为d的遮光条,用重物通过细线拉小车,小车在A点由静止开始运动。

　(1)若A、B之间的距离为L,遮光条通过光电门的时间为t,则小车的加速度a=____________。 

(2)本实验中,他根据实验数据,画出了图2所示的图像,图线不过原点的原因是他在实验中漏掉了一个重要的步骤是_________。 

(3)完善实验步骤后,甲、乙两个同学用同一装置做实验,为方便对比,两个同学画图时横、纵坐标的标度都是一样的,各自得到了a-F图像如图3所示,图像的斜率不同说明两位同学使用的器材中____________是不同的,且大小关系是____________。 

【解析】(1)小车到达B点的瞬时速度vB=

再由运动学公式,则有=2aL

解得:a=。

(2)根据图像可知,图线不过原点,说明开始施加的力没有产生加速度,用来平衡摩擦力了,所以实验中漏掉的步骤是平衡摩擦力。

(3)根据a=知,图线的斜率为小车和车上砝码的质量的倒数,斜率不同,知小车的总质量不同,由题图可知,m甲>m乙。

答案:(1)　(2)平衡摩擦力　(3)质量　m甲>m乙