1、1 2.2.实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系 实验目标实验目标：1.学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律。2.会测量加速度会测量加速度、力和质量力和质量， 能做出物体运动的能做出物体运动的 aF、a 1 m图像。 图像。3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量会通过实验探究加速度与力、质量的定量 关系。关系。 一、实验原理与方法一、实验原理与方法 1实验思路实验思路控制变量法控制变量法 (1)探究加速度与力的关系探究加速度与力的关系 保持小车保持小车质量质量不变，通过改变不变，通过改变砝码的个数砝码的个数改变小车所受的拉力，测得不同改变小车所
2、受的拉力，测得不同 拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系 保持小车所受的保持小车所受的拉力拉力不变，通过在小车上不变，通过在小车上增加重物增加重物改变小车的质量，测得改变小车的质量，测得 不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 2物理量的测量物理量的测量 (1)质量的测量质量的测量：用用天平天平测量测量。在小车中在小车中增减砝码的数量增减砝码的数量可改变小车的质量可改变小车的质量。 (2)加速度的测量加速度的测量
3、方法方法 1：让小车做初速度为：让小车做初速度为 0 的匀加速直线运动，用的匀加速直线运动，用刻度尺刻度尺测量位移测量位移 x， 用用秒表秒表测量发生这段位移所用的时间测量发生这段位移所用的时间 t，然后由，然后由 a2x t2 计算出加速度计算出加速度 a。 方法方法 2：由纸带根据公式：由纸带根据公式xaT2，结合逐差法计算出小车的加速度。，结合逐差法计算出小车的加速度。 方法方法 3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为 0 的匀加速直线运动的物体运动时间的匀加速直线运动的物体运动时间 t 相等，测出各自的位移相等
4、，测出各自的位移 x1、x2，则，则a1 a2 x1 x2， ， 把加速度的测量转换成把加速度的测量转换成位移位移的测量。的测量。 (3)力的测量力的测量 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力拉力等于小车所受的合力，在槽码等于小车所受的合力，在槽码 的质量比小车的质量的质量比小车的质量小得多小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重槽码所受的重 力力。 2 二、实验器材二、实验器材 小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 交流电
5、源交流电源、纸带、纸带、刻度尺刻度尺、天平天平。 三、进行实验三、进行实验(以参考案例以参考案例 1 为例为例) 1用用天平天平测出小车的质量测出小车的质量 m，并把数值记录下来。，并把数值记录下来。 2按如图所示的装置把实验器材安装好按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细绳小车上先不系细绳)。 3补偿阻力补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位反复移动垫木位 置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线匀速直线运运 动为止动为止(纸带上相邻点间距
6、相等纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时 器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。 4用细绳绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码，保持小车质量不变用细绳绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码，保持小车质量不变， 改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力，处理纸带，测出加速度，将结果填改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力，处理纸带，测出加速度，将结果填 入表入表 1 中。中。 表表 1小车质量一定小车质量一定 拉力拉力 F/N 加速度加速度 a/(ms 2) 5.保持槽码个数不变
7、保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码在小车上加放砝码，重重 复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表 2 中。中。 表表 2小车所受的拉力一定小车所受的拉力一定 质量质量 m/kg 加速度加速度 a/(ms 2) 四、数据分析四、数据分析 1分析加速度分析加速度 a 与力与力 F 的定量关系的定量关系 由表由表 1 中记录的数据，以加速度中记录的数据，以加速度 a 为纵坐标，力为纵坐标，力 F 为横坐标，根据测量数为横坐标，根据测量数 据描点，然后作出据描点，然后作出 aF 图像，如图甲所示，若
8、图像是一条图像，如图甲所示，若图像是一条通过原点的直线通过原点的直线，就，就 3 能说明能说明 a 与与 F 成成正比正比。 甲甲乙乙 2分析加速度分析加速度 a 与质量与质量 m 的定量关系的定量关系 由表由表 2 中记录的数据，以中记录的数据，以 a 为纵坐标，以为纵坐标，以 1 m为横坐标，根据测量数据描点 为横坐标，根据测量数据描点， 然后作出然后作出 a 1 m图像 图像， 如图乙所示如图乙所示。 若若 a 1 m图像是一条 图像是一条过原点的直线过原点的直线， 说明说明 a 与与 1 m成 成 正比正比，即，即 a 与与 m 成成反比反比。 3实验结论实验结论 (1)保持物体质量不
9、变时，物体的加速度保持物体质量不变时，物体的加速度 a 与所受拉力与所受拉力 F 成成正比正比。 (2)保持拉力保持拉力 F 不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度 a 与质量与质量 m 成成反比反比。 五、误差分析五、误差分析 产生原因产生原因减小方法减小方法 偶然偶然 误差误差 质量测量不准、计数点间质量测量不准、计数点间 距测量不准距测量不准 多次测量求平均值多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准小车所受拉力测量不准 准确平衡摩擦力准确平衡摩擦力 使细绳和纸带平行于木板使细绳和纸带平行于木板 作图不准作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在 直
10、线两侧，误差较大的点舍去直线两侧，误差较大的点舍去 系统系统 误差误差 小盘及槽码的总重力代替小盘及槽码的总重力代替 小车所受的拉力小车所受的拉力 使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量 六、注意事项六、注意事项 1平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变不管以后是改变 小盘和槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。小盘和槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2实验中必须满足小车和槽码的总质量远大于小盘和槽码的总质量实验中必须满足小车和槽码的总质量远大
11、于小盘和槽码的总质量，只有只有 如此，槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。如此，槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。 4作图像时作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽不在直线上的点应尽 4 可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑。可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑。 实验原理与操作实验原理与操作 【例【例 1】 用如图所示的装置研究在作用力用如图所示的装置研究在作用力 F 一定时一
12、定时， 小车的加速度小车的加速度 a 与小与小 车质量车质量 M 的关系，某位同学设计的实验步骤如下：的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A用天平称出小车和沙桶及内部所装沙子的质量；用天平称出小车和沙桶及内部所装沙子的质量； B按图装好实验器材；按图装好实验器材； C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶；把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶； D将电磁打点计时器接在将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上电压的蓄电池上，接通电源接通电源，放开小车放开小车，打打 点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量；点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量； E保持沙桶及其
13、中沙子的质量不变保持沙桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数增加小车上的砝码个数，并记录每次并记录每次 增加后的增加后的 M 值，重复上述实验；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；分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G作作 aM 关系图像，并由图像确定关系图像，并由图像确定 aM 关系。关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是，该步骤应排在，该步骤应排在步步 骤之后。骤之后。 (2) 在 上 述 步 骤 中 ， 有 错 误 的 ， 应 把在 上 述 步 骤 中 ， 有 错 误 的 ， 应 把改改 为为。 (3)在上述步骤中在上述步骤中
14、，处理不恰当的是处理不恰当的是，应把应把改为改为。 解析解析(1)本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析， 实验中把沙实验中把沙 桶及其中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须桶及其中沙子的重力看作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。平衡摩擦力。 (2)电磁打点计时器接在电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上将无法工作，必须接在电压的蓄电池上将无法工作，必须接在 6 V 以以 下学生交流电源上。下学生交流电源上。 5 (3)作作 aM 关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须关系图像，
15、得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲化曲 为直为直”，改作，改作 a 1 M关系图像。 关系图像。 答案答案(1)平衡摩擦力平衡摩擦力B (2)步骤步骤 D6 V 电压的蓄电池电压的蓄电池6 V 以下交流学生电源以下交流学生电源 (3)步骤步骤 GaMa 1 M 实验中除了要注意两个重要条件实验中除了要注意两个重要条件(平衡摩擦力平衡摩擦力，使使 mM)外外，连接装置连接装置 时还要注意：时还要注意： (1)打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。 (2)调节定滑轮，使拉小车的细绳和板面平行。调节定滑轮，使拉小车的细绳和板面平行。 (3)实验时
16、要将小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车。实验时要将小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车。 实验数据处理实验数据处理 【例【例 2】某组同学设计了某组同学设计了“探究加速度探究加速度 a 与物体所受合力与物体所受合力 F 及质量及质量 m 的的 关系关系”实验实验。如图甲所示为实验装置简图如图甲所示为实验装置简图，A 为小车为小车，B 为电火花计时器为电火花计时器，C 为为 装有细沙的小桶装有细沙的小桶， D 为一端带有定滑轮的长方形木板为一端带有定滑轮的长方形木板， 实验中认为细绳对小车的实验中认为细绳对小车的 拉力拉力 F 等于细沙和小桶的总重量，小车运动的加速度等于细沙和小桶的总
17、重量，小车运动的加速度 a 可用纸带上打出的点求可用纸带上打出的点求 得。得。 甲甲 (1)如图乙所示为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为如图乙所示为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为 50 Hz， 根据纸带可求出电火花计时器打根据纸带可求出电火花计时器打 B 点时的速度大小为点时的速度大小为m/s，小车的加速小车的加速 度大小为度大小为m/s2。(结果均保留两位有效数字结果均保留两位有效数字) 6 乙乙 (2)在在“探究加速度探究加速度 a 与质量与质量 m 的关系的关系”时，某同学按照自己的方案将实验时，某同学按照自己的方案将实验 数据在坐标系中进行了标注数据在坐标系中
18、进行了标注，但尚未完成图像但尚未完成图像(如图丙所示如图丙所示)，请继续帮助该同学请继续帮助该同学 作出坐标系中的图像。作出坐标系中的图像。 丙丙 解析解析(1)AC这段位移的平均速度等这段位移的平均速度等于于AC这段时间中间时刻的瞬时速度这段时间中间时刻的瞬时速度， ， 即即 B 点的瞬时速度，故点的瞬时速度，故 vBxAB xBC 4T 6.19 6.70 10 2 40.02 m/s1.6 m/s，由逐，由逐 差法求解小车的加速度差法求解小车的加速度 a xCD xDE xABxBC 4 2T 2 7.21 7.726.196.70 10 2 4 20.02 2 m/s23.2 m/s2
19、。 (2)将坐标系中各点连成一条直线，连接时应使直线过尽可能多的点，不在将坐标系中各点连成一条直线，连接时应使直线过尽可能多的点，不在 直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据离直线较远的点应视为错误数据， 不予考虑，连线如图所示。不予考虑，连线如图所示。 答案答案(1)1.63.2(2)见解析图见解析图 aF、a 1 M图线的可能情形及对应原因 图线的可能情形及对应原因 7 (1)若平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过小，则若平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过小，则 aF，a 1 M图像如图甲、乙 图像如图甲、乙 所示。所示。 (2)若
20、平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过大，则若平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过大，则 aF，a 1 M图像如图甲、乙 图像如图甲、乙 所示。所示。 甲甲乙乙 (3)若实验中没有满足若实验中没有满足 M 远大于远大于 m，则，则 aF，a 1 M图像如图丙、丁所示。 图像如图丙、丁所示。 丙丙丁丁 实验改进与创新实验改进与创新 【例【例 3】某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时加速度与力的关某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时加速度与力的关 系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计 时器时器，将两个质量
21、相等的小车将两个质量相等的小车 A、B 放置在木板右端放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两用细线绕过滑轮组后与两 小车相连。两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个打点计小车相连。两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个打点计 时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两 小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开 始工作。打点稳定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开始
22、工作。打点稳定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开 电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的 信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验。请回答以下问题：信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验。请回答以下问题： 8 甲甲乙乙 (1)图乙为小车图乙为小车 A 后面的纸带，纸带上的后面的纸带，纸带上的 0、1、2、3、4、5、6 为每隔为每隔 4 个个 打印点选取的计数点打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图乙中标注相邻两计数点间的距离如图乙中标注，单位为单位为 cm。打点打点
23、 计时器所用电源的频率为计时器所用电源的频率为 50 Hz，则小车，则小车 A 的加速度的加速度 a1m/s2(结果保结果保 留两位有效数字留两位有效数字)，同样测出小车，同样测出小车 B 的加速度的加速度 a2，若，若 a1a2近似等于近似等于， 就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。 (2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一 个打印点到最后一个打印点间的距离个打印点到最后一个打印点间的距离 x1、x2，也能完成实验探究也能完成实验探究，若若
24、 x1x2近似近似 等于等于，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由 是是。 解析解析(1)每隔每隔 4 个打印点选取一个计数点，计数点间的时间间隔：个打印点选取一个计数点，计数点间的时间间隔：t 0.025 s0.1 s，由匀变速直线运动的推论：，由匀变速直线运动的推论：xat2可知，加速度为可知，加速度为 a x4x1x5x2x6x3 9t2 2.791.403.321.913.812.32 10 2 90.12 m/s20.48 m/s2； 由图甲所示实验装置可知由图甲所示实验装置可知， 小车小车 A 受到的拉力为小
25、车受到的拉力为小车 B 受到拉受到拉 力的力的1 2，两车的质量 ，两车的质量 m 相等，两车的加速度之比：相等，两车的加速度之比：a1 a2 FA m FB m FA FB 1 2F B FB 1 2。 。 (2)两小车都做初速度为零的匀加速直线运动两小车都做初速度为零的匀加速直线运动， 它们的运动时间它们的运动时间 t 相等相等， 它们它们 的位移之比的位移之比x1 x2 1 2a 1t2 1 2a 2t2 a1 a2 1 2，如果 ，如果x1 x2 1 2也可以说明质量一定的情况下，物体的 也可以说明质量一定的情况下，物体的 加速度与其质量成正比。加速度与其质量成正比。 答案答案(1)0
26、.4812(2)12由由 x1 2at 2可知，当时间 可知，当时间 t 相等时，相等时， 位移与加速度成正比位移与加速度成正比 9 1利用打点计时器探究加速度与力利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中质量关系的实验中，以下做法中正确以下做法中正确 的是的是() A平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B平衡摩擦力后平衡摩擦力后，长木板位置不能移动长木板位置不能移动，每次改变小车质量时 每次改变小车质量时，不需要重不需要重 新平衡摩擦力新平衡摩擦力 C小车释放前应靠近计时器，实验时，先放开小车，后接通电源小车释放前应靠近计时器
27、，实验时，先放开小车，后接通电源 D“重物的质量远小于小车的质量重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足这一条件如不满足，对探究过程也不对探究过程也不 会产生影响会产生影响 B平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板 运动运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，A 错误错误；每次改变每次改变 小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩 擦力擦力，B 正确正确；
28、实验时实验时，如果先放开小车如果先放开小车，再接通打点计时器电源再接通打点计时器电源，由于小车运由于小车运 动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，因此要求先接动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，因此要求先接 通打点计时器通打点计时器，后释放小车后释放小车，且开始小车要靠近打点计时器且开始小车要靠近打点计时器，C 错误错误；当重物的当重物的 质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力，故质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力，故 D 错错 误。误。 2在在“探究加速度与力探究加速度与力、质量的关系质量的关系”实验中 实
29、验中，为了消除打点计时器和木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() AB CD B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，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， 故故 B 正确，正确，A、C、D 错误。错误。 3如图所示，在如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中，若实验中，
30、若 1、2 两个两个 10 相同的小车所受拉力分别为相同的小车所受拉力分别为 F1、F2，车中所放砝码的质量分别为车中所放砝码的质量分别为 m1、m2，打开打开 夹子后经过相同的时间两车的位移分别为夹子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1、x2，则在实验误差允许的范围内，则在实验误差允许的范围内， 有有() A当当 m1m2、F12F2时，时，x12x2 B当当 m1m2、F12F2时，时，x22x1 C当当 F1F2、m12m2时，时，x12x2 D当当 F1F2、m12m2时，时，x22x1 A题中题中 m1和和 m2是车中砝码的质量，决不能认为是小车的质量。本题中是车中砝码的质量，决不
31、能认为是小车的质量。本题中 只说明了两小车是相同的只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少并未告诉小车的质量是多少，当当 m1m2时时，两车加两车加 砝码后质量仍相等砝码后质量仍相等，若若 F12F2，则则 a12a2，由由 x1 2at 2得 得 x12x2，A 正确正确，B 错误；当错误；当 m12m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关 系也就不清楚，故无法断定两车的位移关系，系也就不清楚，故无法断定两车的位移关系，C、D 错误。错误。 4用如图所示的装置，在用如图所示的装置，在“探究加速度与力、质量的关系探究加
32、速度与力、质量的关系”的实验中：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为该装置中错误或不妥之处为 。 (2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验。如图是他在实验中得到的改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验。如图是他在实验中得到的 一条纸带，图中相邻的两计数点之间的时间间隔为一条纸带，图中相邻的两计数点之间的时间间隔为 0.1 s，由图中的数据可算出，由图中的数据可算出 小车的加速度小车的加速度 a 为为m/s2。 解析解析(1)打点计时器需要打点计时器需要 6 V
33、 以下的交流电源才能正常工作以下的交流电源才能正常工作， 不能使用干不能使用干 11 电池；为保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合外力，实验前必须平衡摩擦电池；为保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合外力，实验前必须平衡摩擦 力，该装置没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下较多的点，小车的初始位置应力，该装置没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下较多的点，小车的初始位置应 靠近打点计时器。靠近打点计时器。 (2)加速度可用逐差法求出加速度可用逐差法求出 ax 后两段后两段 x 前两段前两段 4T2 4.04 1.63 1.6310 2 m 4 0.1 s 2 0.195 m/s2。 答案答案(1)不应使用干
34、电池不应使用干电池，应使用交流电源应使用交流电源；实验中没有平衡小车的摩擦实验中没有平衡小车的摩擦 力；小车的初始位置应靠近打点计时器力；小车的初始位置应靠近打点计时器(2)0.195 5为了探究物体质量一定时加速度与力的关系为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图甲所示某同学设计了如图甲所示 的实验装置的实验装置， 其中其中 M 为小车和小车上的滑轮的总质量为小车和小车上的滑轮的总质量， m 为沙和沙桶的总质量为沙和沙桶的总质量， 力传感器可测出轻绳中的拉力大小。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。 甲甲 乙乙 (1)下列实验操作中，一定要进行的是下列实验操作中，一定要进行的是。
35、 A用天平测出沙和沙桶的总质量用天平测出沙和沙桶的总质量 B将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力 C调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行 D为减小误差，一定要保证为减小误差，一定要保证 m 远小于远小于 M (2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个相邻两计数点间还有四个 点没有画出点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为，已知打点计时器采用的是频率为 50 Hz 的交流电，根据纸带可求的交流电，根据纸带可
36、求 出小车的加速度为出小车的加速度为m/s(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字)。 (3)该同学以力传感器的示数该同学以力传感器的示数 F 为横坐标，加速度为横坐标，加速度 a 为纵坐标，画出的为纵坐标，画出的 aF 图像是一条直线图像是一条直线(图像没有画出图像没有画出)，求得图线的斜率为，求得图线的斜率为 k，则小车和小车上的滑轮，则小车和小车上的滑轮 12 的总质量为的总质量为。 A.1 k Bk C.2 k D2k 解析解析(1)本题拉力可以由力传感器测出本题拉力可以由力传感器测出， 不需要用天平测出沙和沙桶的质不需要用天平测出沙和沙桶的质 量量，也就不需要使小桶也就不需要使小桶
37、(包括沙包括沙)的质量远小于车的总质量的质量远小于车的总质量，故故 A、D 错误错误；该题该题 是力传感器测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板是力传感器测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板 右端垫高，以平衡摩擦力，故右端垫高，以平衡摩擦力，故 B 正确；调整力传感器和定滑轮的高度，使连接正确；调整力传感器和定滑轮的高度，使连接 它们的轻绳与长木板平行，故它们的轻绳与长木板平行，故 C 正确。正确。 (2)由于两计数点间还有四个点没有画出由于两计数点间还有四个点没有画出， 故相邻计数点的时间间隔为故相邻计数点的时间间隔为 0.1 s， 由由xaT2可得
38、：可得：a 7.109.1311.091.103.095.12 90.12 10 2 m/s22.00 m/s2。 (3)对对 aF 图像来说图像来说，图像的斜率表示小车和小车上的滑轮的总质量的倒数图像的斜率表示小车和小车上的滑轮的总质量的倒数， 此题，力传感器的示数此题，力传感器的示数 F1 2F 合合，故小车和小车上的滑轮的总质量为 ，故小车和小车上的滑轮的总质量为 m2 k， ，故故 C 正确，正确，A、B、D 错误。错误。 答案答案(1)BC(2)2.00(3)C 6某实验小组利用如图所示的实验装置来探究当合外力一定时某实验小组利用如图所示的实验装置来探究当合外力一定时， ，物体运动物
39、体运动 的加速度与其质量之间的关系。的加速度与其质量之间的关系。 (1)已知两个光电门中心之间的距离已知两个光电门中心之间的距离 x24 cm，遮光条的宽度，遮光条的宽度 d0.52 cm。 该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可 以读出遮光条通过光电门以读出遮光条通过光电门 1 的时间的时间t1，遮光条通过光电门，遮光条通过光电门 2 的时间的时间t2，则滑块，则滑块 经过光电门经过光电门 1 时的瞬时速度的表达式时的瞬时速度的表达式 v1，滑块经过光电门，滑块经过光电门 2 时的瞬时速度时的瞬
40、时速度 的表达式的表达式 v2，则滑块的加速度的表达式，则滑块的加速度的表达式 a。(以上表达以上表达 式均用字母表示式均用字母表示) 13 (2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了 6 组实验，得到如组实验，得到如 表 所 示 的 实 验 数 据 ， 通 过 分 析 表 中 数 据 ， 你 得 出 的 结 论表 所 示 的 实 验 数 据 ， 通 过 分 析 表 中 数 据 ， 你 得 出 的 结 论 是是。 m/g250300350400500800 a/(ms 2) 2.021.651.331.251.000.63 1 m/kg
41、1 4.003.332.862.502.001.25 (3)现需通过图像进一步验证你的结论，请利用表格数据，在如图所示坐标现需通过图像进一步验证你的结论，请利用表格数据，在如图所示坐标 系中描点并作出相应的图像。系中描点并作出相应的图像。 解析解析(1)遮光条的宽度很小遮光条的宽度很小，遮光条通过光电门的时间极短遮光条通过光电门的时间极短， ，遮光条在极遮光条在极 短时间内的运动可看成匀速运动，故通过两光电门的瞬时速度分别为短时间内的运动可看成匀速运动，故通过两光电门的瞬时速度分别为 v1 d t1， ， v2 d t2，遮光条从光电门 ，遮光条从光电门 2 到光电门到光电门 1 做匀加速运动，由做匀加速运动，由 v21v222ax 可得可得 av 2 1v22 2x d t1 2 d t2 2 2x 。 (2)当合外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似当合外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似 相等，所以加速度跟质量成反比。相等，所以加速度跟质量成反比。 (3)如图所示。如图所示。 14 答案答案(1) d t1 d t2 d t1 2 d t2 2 2x (2)当合外力一定时，物体运动的加速度跟物体的质量成反比当合外力一定时，物体运动的加速度跟物体的质量成反比 (3)见解析图见解析图
