届高考决胜考场高中物理模块三牛顿运动定律考点3 实验探究加速度与力质量关系Word文档下载推荐.docx
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适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.
(2)不重复平衡摩擦力.
(3)实验条件:
m≫m′.
(4)一先一后一按:
改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.
2.误差分析
(1)因实验原理不完善引起的误差:
本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力.
(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.
3.数据处理
(1)利用Δx=aT2及逐差法求a.
(2)以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比.
(3)以a为纵坐标,
为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比.
考点一实验原理与实验操作
利用如图所示装置可以做力学中的许多实验.
(1)以下说法正确的是()
A.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响
B.用此装置“研究匀变速直线运动”时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
C.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响
D.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
(2)本装置中要用到打点计时器,如图所示为实验室常用的两种计时器,其中甲装置用的电源要求是()
A.交流220VB.直流220V
C.交流4~6VD.直流4~6V
(3)在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图4所示.已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上,则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为________m/s.(结果保留2位有效数字)
【答案】
(1)CD
(2)A(3)0.53
(1)我们已经知道,物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是______________.
(2)某同学的实验方案如图5所示,她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F,为了减小这种做法带来的实验误差,她先做了两方面的调整措施:
a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高,目的是_________________.
b.使砂桶的质量远小于小车的质量,目的是使拉小车的力近似等于______________.
(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时,处理方案有两种:
A.利用公式a=
计算;
B.根据a=
利用逐差法计算.
两种方案中,你认为选择方案________比较合理.
(1)控制变量法
(2)a.平衡摩擦力b.砂桶的重力(3)B
考点二数据处理与误差分析
用如图所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验.实验时保持小车的质量不变,用钩码所受的重力作为小车受到的合力,用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度.
(1)实验时先不挂钩码,反复调整垫块的左右位置,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是_____________________________________.
(2)图9为实验中打出的一条纸带的一部分,从比较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出,测出各计数点到A点之间的距离,如图所示.已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端,则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=________m/s2.(结果保留两位有效数字)
(3)实验时改变所挂钩码的质量,分别测量小车在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出a-F关系图象,如图10所示.此图象的AB段明显偏离直线,造成此现象的主要原因可能是______.(选填下列选项的序号)
A.小车与平面轨道之间存在摩擦
B.平面轨道倾斜角度过大
C.所挂钩码的总质量过大
D.所用小车的质量过大
(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力
(2)1.0(3)C
如题图所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常用的力学实验装置,现用该装置完成测定木块运动加速度a
(1)下例实验照片中是否有实验错误、不合理或不必要之处?
若存在问题,请指明问题所在。
照片A(电键一侧连蓄电池)照片B木块释放位置
(2)如题图所示为从实验中得到的一条认为最能反映木块匀变速运动纸带的一部分,0,1,2,3,4,5,6为计数点,相邻两计数点间还有4个打点未画出,从纸带上测得x1=3.20cm,x2=4.52cm,x5=8.42cm,x6=9.70cm则木块的加速度大小a=(保留两位有效数字)
(3)下列哪些措施能有助于减小实验的误差()
A.选用输出电压稳定性更佳的稳恒电源
B.选用输出电压变化周期更稳定的交流电源
C.调节滑轮高度,使拉线与长木板平行
D.实验中满足砝码盘和砝码的总质量为
远小于木块的质量M
E.实验前先平衡滑块与木板间的摩擦力
(1)照片A:
实验有错误之处,选用蓄电池作为电源。
照片B:
实验有不合理之处,木块起始点离打点计时器过远。
(2)1.3m/s2(3)BC
某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系。
利用力传感器测量细线上的拉力。
按照如下步骤操作:
安装好打点计时器和纸带,调整导轨的倾斜程度,平衡小车摩擦力;
细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮,与力传感器相连,动滑轮上挂上一定质量的钩码,将小车拉到靠近打点计时器的一端;
打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50Hz的交流电源);
释放小车,使小车在轨道上做匀加速直线运动;
关闭传感器,记录下力传感器的示数F;
通过分析纸带得到小车加速度a;
改变钩码的质量,重复步骤
;
作出a-F图象,得到实验结论。
(1)某学校使用的是电磁式打点计时器,在释放小车前,老师拍下了几个同学实验装置的部分细节图,下列图中操作不正确的是。
(2)本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量?
(填写“需要”或“不需要”);
某次释放小车后,力传感器示数为F,通过天平测得小车的质量为M,动滑轮和钩码的总质量为m,不计滑轮的摩擦,则小车的加速度理论上应等于。
A.
B.
C.
D.
(3)下图是某次实验测得的纸带的一段,可以判断纸带的(填“左”或“右”)端与小车连接,在打点计时器打下计数点6时,钩码的瞬时速度大小为m/s(保留两位有效数字)。
(1)ABC
(2)不需要B(3)左0.73—0.75
某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下.
(1)图甲所示为实验装置图.图乙为某次实验得到的一段纸带,计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1s,根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字).
(2)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,进行多次测量.根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线,如图所示.图中直线没有通过原点,其主要原因是_________________
(3)保持砂和砂桶质量不变,改变小车中砝码质量,进行多次测量,得到小车加速度a、质量m及其对应的
的数据如表中所示:
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
小车和砝码质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.71
1.67
/kg-1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
0.60
a.请在图所示坐标纸中画出a-
图线;
b.根据作出的a-
图象可以得到的结论是:
______________________.
(1)0.43
(2)实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)(3)a.图略b.图线为一条过原点的直线,表明在合外力一定时,加速度跟质量成反比
如图为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源.在小车自身质量未知的情况下,某同学设计了一种通过多次改变小车中砝码质量的方法来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.
(1)在该实验中应该采用的研究方法是,用钩码所受的重力作为小车所受外力,用计时器装置装置测小车的加速度.
(2)保持质量一定改变所挂钩码的数量,多次重复测量,在某次实验中根据测得的多组数据可画出关系图线,如图乙所示;
分析此图线的OA段可得出的实验结论是.
②此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是C.
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
(3)有关实验操作,下列说法中不正确的是
A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
C.此实验只需平衡一次摩擦力
D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接电源再释放小车
(4)如图为实验中获得的某一条纸带,设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3.根据纸带上计数点的情况,求得加速度的大小a=m/s2(结果保留3位有效数字).
(5)图丙为研究“在外力一定条件下,物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象,横坐标m为小车上砝码的质量.设图中直线的斜率为k,直线在纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到的拉力为,小车的质量为.
(1)控制变量法;
(2)①加速度与外力成正比;
②C.(3)A(4)1.15m/s2
(5)
,
考点三实验拓展与创新
某同学用图14(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续点之间的距离.
(1)物块下滑时的加速度a=________m/s2,打C点时物块的速度v=___________m/s;
(2)已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是________(填正确答案标号).
A.物块的质量
B.斜面的高度
C.斜面的倾角
(1)3.251.79
(2)C
为了探究加速度与力的关系,使用如图15所示的气垫导轨装置进行实验,其中G1、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录.滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M,挡光片宽度为D,光电门间距离为s,牵引砝码的质量为m.
回答下列问题:
(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何判定调节是否到位?
(2)若取M=0.4kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是()
A.m1=5gB.m2=15g
C.m3=40gD.m4=400g
(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,其中求得的加速度的表达式为________(用Δt1、Δt2、D、s表示).
(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,轻推滑块,看其能否做匀速直线运动
(2)D(3)a=
实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中,设计出如下的实验方案,其实验装置如图所示.已知小车质量M=214.6g,砝码盘质量m0=7.8g,所使用的打点计时器交流电频率f=50Hz.其实验步骤是:
A.按图中所示安装好实验装置;
B.调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速直线运动;
C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;
D.将小车置于打点计时器旁,先接通电源,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求得小车的加速度a;
E.重新挂上细绳和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量,重复B—D步骤,求得小车在不同合外力F作用下的加速度.
(1)按上述方案做实验,是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?
________(填“是”或“否”).
(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示,由该纸带可求得小车的加速度a=_____m/s2.
(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中,如下表,
次数
砝码盘中砝码的重力F/N
0.10
0.20
0.39
0.49
小车的加速度a/(m·
0.88
1.44
1.84
2.38
2.89
他根据表中的数据画出a-F图象.造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是_______________,从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是________________,其大小为__________.
(1)否
(2)0.88(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确)砝码盘的重力0.08N
如图所示,为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置,在小车的前端固定一个传感器,和砂桶连接的细线接在传感器上,通过传感器可显示出细线的拉力.在图示状态下开始做实验.
(1)从图上可以看出,该同学在装置和操作中的主要错误是___________
(2)若砂和砂桶的质量为m,小车和传感器的总重量为M,做好此实验________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件.
【答案】答案
(1)未平衡摩擦力;
细线与木板不平行;
开始实验时,小车离打点计时器太远
(2)不需要
某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
①下列做法正确的是________.(填字母代号)
A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量.(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
③甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图所示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线.设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲____m乙,μ甲____μ乙.(选填“大于”、“小于”或“等于”)
【答案】①AD②远小于③小于大于
某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题:
(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成____(填“线性”或“非线性”)关系.
(2)由图(b)可知,a—m图线不经过原点,可能的原因是_____________.
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是________________________,钩码的质量应满足的条件是________________.
(1)非线性
(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量
某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧测力计固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接,在桌面上画出两条平行线MN、PQ,并测出间距d.开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧测力计的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧测力计的示数F1,然后释放木板,并用停表记下木板运动到PQ处的时间t.
(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=________;
为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)____________________.
(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系.下列图象能表示该同学实验结果的是________.
(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相经,它的优点是________.
a.可以改变滑动摩擦力的大小
b.可以更方便地获取多组实验数据
c.可以比较精确地测出摩擦力的大小
d.可以获得更大的加速度以提高实验精度
(1)
保持F1不变,重复实验多次测量,求平均值
(2)c(3)bc
(2019·
新课标全国卷Ⅱ,22)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。
已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续点之间的距离。
(1)物块下滑时的加速度a=________m/s2,打C点时物块的速度v=________m/s;
(2)已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。
全国卷Ⅲ,23)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。
图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;
轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。
本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010kg。
实验步骤如下:
图(a)
(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;
用手按住小车并使轻绳与木板平行。
释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。
(3)对应于不同的n的a值见下表。
n=2时的s-t图象如图(b)所示;
由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。
n
a/m·
s-2
0.58
0.78
图(b)
(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图象。
从图象可以看出:
当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。
图(c)
(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8m·
s-2)。
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤
(1),下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)
A.a-n图线不再是直线
B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点
C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大
(3)0.39(4)图略(5)0.45(6)BC
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