1、 探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系 高考频度：高考频度： 难易程度：难易程度： （2018云南保山）某同学利用图甲所示装置来研究加速度与力的关系。他将光电门 1 和 2 分别固定在长 木板的 A、B 两处，换用不同的重物通过细线拉同一小车（小车质量约为 200 克），每次小车都从同一位置 由静止释放。 （1）长木板右端垫一物块，其作用是用来_； （2）用游标卡尺测得遮光条的宽度为_cm； （3）对于所挂重物的质量，以下取值有利于减小实验误差的是_（填选项） A1 克 B5 克 C10 克 D40 克 （4）现用该装置来探究功与速度变化的关系，关闭光电门 2，测出多组重物的质
2、量 m 和对应遮光条通过光 电门 1 的时间 t，通过描点作出线性图象，应作出_图象（填选项） Atm Bt2m C 1 m t D 2 1 m t 【参考答案】【参考答案】（1）平衡摩擦力 （2）0.52 （3）BC （4）D 【试题解析】【试题解析】（1）为了消除小车所受摩擦力对实验的影响，在该实验中需要将长木板的一端垫起适当的高 度，所以长木板右端垫一物块，其作用是用来平衡摩擦力。学%科网 （2）游标卡尺主尺读数为：5 mm，游标尺：对齐的是 2，所以读数为：2 0.1=0.2 mm， 所以 d=5+0.2=5.2 mm=0.52 cm； （3）重物与小车一起加速运动，因此重物对小车的拉
3、力小于重物的重力，当重物的质量远远小于小车质量 时才可以认为绳对小车的拉力大小等于重物的重力，而，A 答案重物的重力太小，产生的加速度不明显， 不利于减小实验误差，因此 BC 比较符合要求，故选 BC； （4）由题意可知，小车经过光电门时的速度等于遮光条的宽度除以时间，该实验中保持小车质量 M 不变， 因此有：v2=2as，即： 22 2 = 2 2 vd a s st ，根据牛顿第二定律有：= = Fmg a MM ，所以有： 22 12 = gs m d M t ，即 2 2 1 2 d M m gs t ，由此可知若画出 m 2 1 t 图象，图象为过原点的直线，会更直观形象，故 ABC
4、 错误， D 正确。 【知识补给】【知识补给】 实验注意事项实验注意事项 （1）实验原理是牛顿第二定律，故常需要测量力、质量或加速度的其中之二。常需要天平、砝码(钩码)、 弹簧测力计、打点计时器、纸带、刻度尺等。 （2）实验方法为控制变量法，即一般此实验要求，力、质量或加速度中有一个是不变量。 （3）实验前常要平衡摩擦力，可用纸带或光电门来检验是否平衡。平衡过度则小车受到的合外力或加速度 测量值偏小；平衡不足或未平衡则小车受到的合外力或加速度测量值偏大。如果实验用了气垫导轨(摩擦力 可忽略)，则不用平衡摩擦力。 （4）一般实验中，以砝码(钩码)质量作为小车受到的拉力，此时要求砝码(钩码)及砝码
5、盘的总质量 m 远小 于小车质量 M。原理：实际加速度为 mg mM ，测量加速度为 mg M ，m 远小于 M 时两者可认为相等。 （5）使用弹簧测力计的问题，一般拉力可直接测出，此时不用满足砝码及砝码盘的质量远小于小车质量。 但要注意是否用到了动滑轮，若使用动滑轮，砝码和小车的加速度不再一致。 （6）有时使用细砂或水来作为小车的动力来源，这样可以使小车受到的拉力连续变化。 （7）小车质量不变，作出的 aF 图象可能出现的问题：横截距(挂少量砝码小车未动)平衡摩擦力不足 或未平衡摩擦力；纵截距(不挂砝码小车就动)平衡摩擦力过度；末端向下弯曲随着所挂砝码增多， 不再满足 m 远小于 M。 （8
6、）误差分析：测量误差、纸带与打点计时器限位孔间摩擦、空气阻力、滑轮质量、不能完全平衡摩擦力、 细绳不能严格平行木板 某实验小组同学用如图所示装置探究物体加速度与力、质量的关系。 （1）在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是_(只需填 A 或 B)。 A小车质量 B塑料桶和桶中砝码的质量 （2）实验中，首先要平衡摩擦力，具体做法是_（只需填 A 或 B）。 A在塑料桶中添加砝码，使小车带着纸带匀速运动 B取下塑料桶，垫起滑板的一端，使小车带着纸带匀速运动 如图所示为探究加速度与物体质量的关系实验装置图，小车的质量为 m1，托盘及砝码的质量为 m2。 （1）为了直观判断加速度和质量之间的
7、关系，应根据实验数据作出的图象是_。 Aam1图象 Bam2图象 C 1 1 a m 图象 D 1 1 a m 图象 （2）实验中应保证 m1_(选填等于远小于或远大于)m2； （3）实验得到如图所示的一条纸带，相邻两个计数点的时间间隔为 T，A、B 两点的间距 x1和 A、C 两点的 间距 x2已测出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为 a=_。 为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置，其中 M 为带滑轮的小车 的质量，m 为砂和砂桶的质量，（滑轮质量不计） （1）实验时，一定要进行的操作或保证的条件是_。 A用天平测出砂和砂桶的质量 B将带滑轮的长木板右端垫
8、高，以平衡摩擦力 C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带 E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量 m 远小于小车的质量 M （2） 实验时得到一条纸带， 如图所示， 取 A 为测量原点， B、D、F 各点的测量坐标分别为 xB=4.1 cm， xD=12.9 cm， xF=22.5 cm。 C、E点坐标漏测量。 已知打点计时器每0.02 s打一个点， 则小车运动的加速度a=_m/s2。 (结果保留两位有效数字） （3）以弹簧测力计的示数 F 为横坐标，加速度 a 为纵坐标，画出的 aF 图象是一条直线，图线
9、与横轴的夹 角为 ，求得图线的斜率为 k，则小车的质量为_。 A2tan B 1 tan Ck D 2 k （2018浙江宁波北仑中学）数字化信息系统 DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等），应用传 感器和数据采集器自动获取和输入实验数据，通过计算机的快速处理得到实验的结果，提高了教学效率， 使学生可以有更多的时间用于自主探究活动，改变传统的教学模式。学科#网 下面通过 DIS 在长木板上研究物体加速度与力的关系，如图（1）实验装置。 （1）本实验中_（填写“要”或者不要）平衡摩擦力。 （2）本实验钩码所受的重力作为小车所受拉力，需要满足_。 （3）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。通过多
10、次实验，得到的数据，画出图象（如图 2 所示）。 结果发现图象明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_。 A小车与轨道之间存在摩擦 B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大 D所用小车的质量太大 （4）如图 2，F 不断增大，AB 这一曲线不断延伸，那么加速度趋向值_。如图 2，F 不断增大，那么绳 子的拉力趋向值_。 （2018上海金山中学）在用 DIS 研究小车加速度与所受合外力的关系实验中时，甲、乙两组分别 用如图 A、B 所示的实验装置实验，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车，位移传感器 B 随小车一起沿水 平轨道运动，位移传感器 A 固定在轨道一端甲组实验中把重物的重力作为拉力 F
11、，乙组直接用力传感器 测得拉力 F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出 aF 图象。 （1）位移传感器 B 属于_。（填发射器或接收器） （2）甲组实验把重物的重力作为拉力 F 的条件是_。 （3）图 C 中符合甲组同学做出的实验图象的是_；符合乙组同学做出的实验图象的是_。 【参考答案】【参考答案】 （1）A （2）B 【名师点睛】明确实验原理，正确理解实验中具体操作的含义，加强基本物理规律在实验中的应用。 （1）C （2）远大于 （3） 21 2 2xx T （1）根据牛顿第二定律可得 21 m gm a ，故2 1 1 am g m ， 1 1 a m 图象为一条直线，能直
12、观判断加速度和质量 之间的关系。 （ 2 ） 将 两 者 看 作 一 个 整 体 ， 对 整 体 有 221 m gmm a ， 对 小 车 有 1 Tm a ， 联 立 可 得 122 1 2 12 1 1 m m gm g Tm a m mm m ，只有当 12 mm 时， 2 Tm g 。 （3）根据逐差法可得 2 BCAB xxaT ，而 21121 2 BCAB xxxxxxx ，故解得 21 2 2xx a T 。 （1）BCD （2）5.0 （3）D （1）本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂） 的质量远小于车的总质量，故 AE
13、错误；该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，将带滑 轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，B 正确；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放 纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，C 正确；改变砂和砂桶质量，即改 变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随 F 变化关系，D 正确。 （2）由匀变速直线运动的推论 2 xat 可知，加速度 2 22 0.0960.088 5.0 m/s 20.02 DFBD xx a t ； （3）对 aF 图来说，图象的斜率表示小车质量的倒数，弹簧测力计的示数2FMa，即 2 aF M ，aF 图 线的斜率为 k，
14、则 2 k M ，故小车质量为 2 M k ，D 正确。学科%网 （1）要 （2）钩码质量远小于小车（和位移传感器）质量 （3）C （4）g 小车（和位移传感器） 的重量 (1)在研究物体加速度与力的关系时，用钩码所受的重力作为小车所受的合力，所以需要平衡摩擦力； (2)以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力 mg，由牛顿第二定律得：mg= （M+m）a，小车的加速度 a= mg mM ， 小车受到的拉力 F=Ma= mMg mM ， 当 mM 时，可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，所以应满足钩码质量远小于小车（和位移传感器） 质量； （1）发射器 （2）小车的质量远大于重物的质量 （3） （1）位移传感器（B）属于发射器 （2）在该实验中实际是：mg=（M+m）a，要满足 mg=Ma，应该使重物的总质量远小于小车的质量即小 车的质量远大于重物的质量。
