物理必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系随堂练习题

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实验操作
【典例1】在研究作用力F一定时,小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中,某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下:
A.用天平称出小车和槽码的质量
B.按图安装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码
D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量
E.保持槽码的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验
F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值
G.作a-M关系图像,并由图像确定a与M的关系
(1)请改正实验装置图中的错误。
①电磁打点计时器位置____________________________________________。
②小车位置______________________________________________________。
③滑轮位置______________________________________________________。
(2)该同学漏掉的重要实验步骤是__________,该步骤应排在步骤__________之后。
(3)在上述步骤中,有错误的是步骤__________,应把__________改为__________。
(4)在上述步骤中,处理不恰当的是步骤__________,应把__________改为__________。
【解析】(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端,且应靠右端;②释放小车时,小车应靠近打点计时器;③连接小车的细绳应平行于木板,故应调节滑轮位置使细绳平行于木板。
(2)实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡,故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后。
(3)步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在交流电源上。
(4)步骤G中作a-M关系图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为直”,改作a-关系图像。
答案:(1)①应靠右端 ②应靠近打点计时器 ③应使细绳平行于木板 (2)平衡摩擦力 B (3)D 6 V电压的蓄电池 4～6 V交流电源
(4)G 作a-M关系图像 作a-关系图像
数据处理
【典例2】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,图甲为实验装置简图。(交流电的频率为50 Hz)
(1)图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,见表格:
请在图丙给出的方格坐标纸中画出a-图线,并根据图线判定小车加速度a与质量的倒数之间的关系是________。
(3)保持小车质量m不变,改变砂和砂桶质量M,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线如图丁所示。该图线不通过原点,其主要原因是__。
【解析】(1)根据纸带数据可知Δx=0.51×10-2 m,T=2×0.02 s=0.04 s,所以a=≈3.2 m/s2。
(2)a-图线如图所示。
a-图线为过原点的直线,说明小车加速度a与质量的倒数之间是正比关系。
(3)根据图线可知,当拉力F增加到某一值时,小车才具有加速度,所以小车还受到较大的摩擦力影响。
答案:(1)3.2 (2)图见解析 正比关系 (3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分
实验次数
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