探究加速度质量的关系中.docx
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探究加速度质量的关系中.docx
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探究加速度质量的关系中
2、探究加速度质量的关系(中)
1.在物理学的探索和发现过程中,科学家们运用了许多研究方法.以下关于物理学研究方法的叙述中错误的是( )
A.在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法是等效替代法
B.根据速度定义式v=
,当Δt→0时,
就可以表示物体在t时刻的瞬时速度,该定义运用了极限思维法
C.在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,先保持质量不变研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,这里运用了控制变量法
D.在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,再把各小段位移相加,这里运用了微元法
【答案】A
【解析】
在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法是理想模型法,选项A错误;根据速度定义式v=
,当Δt→0时,
就可以表示物体在t时刻的瞬时速度,该定义运用了极限思维法,选项B正确;在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,先保持质量不变研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,这里运用了控制变量法,选项C正确;在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,再把各小段位移相加,这里运用了微元法,选项D正确;此题选择错误的选项,故选A.
2.A、B两地分别位于北极和赤道上,用竖直向上的拉力F,将质量为mA和mB的物体向上拉起,测得其加速度与力F的关系如图A、B所示的两条平行线.则下列判断正确的是()
A.A地在赤道,B地在北极,且mA=mB
B.A地在北极,B地在赤道,且mA=mB
C.A地在赤道,B地在北极,且mA D.A地在北极,B地在赤道,且mA 【答案】A 【解析】根据F=ma可知,a-F图象中斜率表示 ,由图可知A的斜率等于B的斜率,所以mA=mB,根据牛顿第二定律: 由图象可知当两个物体外力F都为0时加速度aA<aB,两物体都只受重力作用a=g,所以gA<gB,所以A地在赤道,B地在北极,故A正确,BCD错误。 3.关于物理学的研究方法,下列叙述正确的是() A.伽利略利用斜面实验研究自由落体运动时,采用了微小量放大的思想方法 B.用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法 C.在探究加速度与力、质量的关系时,利用了控制变量的思想方法 D.法拉第在研究电磁感应现象时,采用了理想实验的方法 【答案】BC 【解析】 伽利略利用斜面实验研究自由落体运动时,采用的是建立理想实验模型的方法,A错误;点电荷是理想化的模型,采用的是建立理想化物理模型的方法,B正确;在探究加速度与力、质量的关系时,要控制力或质量不变,采用的方法是控制变量法,C正确;法拉第在研究电磁感应现象时,对所做的实验进行归纳总结,得出结论,采用的是归纳法,D错误. 4.“物理”二字最早出现在我国的晋朝,泛指事物之理,源于《庄子•天下》中的“判天地之美,析万物之理”关于物理思想与方法,下列叙述正确的是( ) A.重心、合力的概念都体现了等效思想 B.用质点来代替物体的方法运用了假设法 C.伽利略理想斜面实验运用了在可靠的实验事实基础上进行合理外推的方法 D.在实验探究加速度与力、质量的关系时,运用了控制变量法 【答案】ACD 【解析】 重心、合力和分力都采用了等效替代的思想,A正确;质点及点电荷采用了理想化的物理模型的方法,B错误;伽利略理想斜面实验运用了在可靠的实验事实基础上进行合理外推的方法,C正确;在“探究加速度与力,质量的关系”实验中,运用了控制变量法分别研究: 力一定时,加速度与质量的关系;质量一定时,加速度与力的关系,D正确. 5.下列可用于“验证牛顿运动定律”实验的器材有 A.秒表B.砝码C.天平D.打点计时器 【答案】BCD 【解析】 实验中需要测量的物理量和测量方法: 小车及砝码的总质量M,用天平测出.小车受到的拉力F认为等于托盘和砝码的总重力mg.小车的加速度a利用打点计时器打出的纸带,根据 计算.根据打点计时器原理可以计算出时间间隔,不需要秒表,BCD正确. 6.在物理学的重大发现中,科学家总结出了许多物理学方法,如放大法、极限法、控制变量法、建立理想模型法等,下列关于物理学研究方法的叙述正确的是() A.在可以忽略物体自身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法叫假设法 B.根据速度的定义式v= ,当Δt非常小时,就可以表示物体在该时刻的瞬时速度,该定义运用了放大法 C.在探究加速度与力、质量的关系时,先保持质量不变,研究加速度与力的关系;再保持力不变,研究加速度与质量的关系,该探究过程运用了控制变量法 D.在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程等分成很多小段,每一小段近似看做匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里运用了微元法 【答案】CD 【解析】质点采用的科学方法为建立理想化的物理模型的方法,故A错误;为研究某一时刻或某一位置时的速度,我们采用了取时间非常小,即让时间趋向无穷小时的平均速度作为瞬时速度,即采用了极限思维法,故B错误;在探究加速度与力、质量的关系时,先保持质量不变,研究加速度与力的关系;再保持力不变,研究加速度与质量的关系,该探究过程运用了控制变量法,故C正确;在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程等分成很多小段,每一小段近似看做匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里运用了微元法,故D正确。 所以CD正确,AB错误。 7.某实验小组做“探究加速度和力、质量的关系”实验 (1)用如图甲所示的装置做实验,图中带滑轮的粗糙长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示所受拉力的大小。 做实验时,下列操作必要且正确的是_______。 A.将长木板右端适当垫高,使小车前端的滑轮不挂砂桶时小车能匀速滑动 B.为了减小误差,实验中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 C.小车远离打点计时器,先释放小车,再接通电源,打出一条纸带,同时记录传感器的示数 (2)在正确、规范的操作中,打出一条如图乙所示的纸带,每相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出,纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离,打点计时器使用的电源频率为50Hz,打计数点“3”时小车的速度大小 =______m/s;小车做匀加速直线运动 的加速度大小a=______m/s2。 (保留三位有效数字) 【答案】A;1.13;2.50; 【解析】 (1)连接拉力传感器和沙桶之前,将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动,平衡了摩擦力,故A正确;实验中拉力通过拉力传感器测出,不需要满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量,故B错误;实验时应先接通电源,再释放小车,小车应紧靠打点计时器,打出一条纸带,同时记录传感器的示数,故C错误。 所以选A。 (2)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上相邻计数点间的时间间隔为: T=5×0.02s=0.1s。 3点对应的速度为: ,由逐差法△x=aT2可得: ,代入数据解得小车的加速度大小为: 。 8.探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下: (1)在探究物体的加速度与力的关系时,应保持______不变,分别改变施加在物体上的水平拉力F,测出相对应的加速度a. (2)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持______不变,分别改变物体的质量m,测出相对应的加速度a. (3)如果 图象是通过坐标原点的一条直线,则说明________. A.加速度a与质量m成正比B.加速度a与质量m成反比 C.质量m与加速度a成反比D.质量m与加速度a成正比 【答案】质量,合外力,B 【解析】 解: (1)在探究物体的加速度与物体受到的合外力的关系时,应保持物体的质量不变,分别改变施加在物体上的水平拉力F,测出相对应的加速度a; (2)在探究物体的加速度与物体质量的关系时,应保持物体所受合外力不变,分别改变物体的质量m,测出相对应的加速度a; (3)如果 图象是通过坐标原点的一条直线,则说明物体的加速度a与其质量m成反比,故B正确,ACD错误; 故选B。 9.利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示. (1)下列关于该实验的说法,错误的是________. A.做实验之前必须平衡摩擦力 B.小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多 C.应调节定滑轮的高度使细线与木板平行 D.为了实验安全,打点计时器接直流电源 (2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带,每5个点取一个计数点,用刻度尺测量计数点间的距离如图所示.已知打点计时器每间隔0.02s打一个点. 从图可知A、B两点间的距离s1=________cm;该小车的加速度a=________m/s2(计算结果保留2位有效数字),实验中纸带的________(填“左”或“右”)端与小车相连接. (3)利用测得数据在坐标系中作出了图乙所示的a-F图象. ①图线不过坐标原点的原因是______________________________________________________________. ②小车和传感器的总质量为________kg. 【答案】 (1)BD; (2)0.70,0.20,左;(3)①未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;②0.5 【解析】 (1)做实验之前必须平衡摩擦力,使得细线的拉力等于小车受到的合外力,选项A正确;由于实验中用到了力传感器,所以没有必要使小车的质量远大于钩码的质量,选项B错误;应调节定滑轮的高度使细线与木板平行,选项C正确;打点计时器必须用交流电源,选项D错误.此题选项错误的选项,故选BD. (2)由图知s1=7.0mm=0.70cm,根据Δx=aT2可得a= = m/s2=0.20m/s2,开始时打点间距小,因此纸带的左端与小车相连接. (3)①由图象可知,当F≠0时,加速度仍然为零,说明没有平衡摩擦力,或平衡摩擦力不足;②a-F图象中的斜率表示质量的倒数,由图可知 ,故小车和传感器的总质量M= =0.5kg. 11. (1)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动. (1)实验中,必要的措施是_________. A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)为了测定气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为L=3.0cm的遮光板,如图所示,滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1=0.30s,通过第二个光电门的时间为Δt2=0.10s,遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间间隔为Δt=3.0s.试估算: (1)滑块的加速度_______m/s(保留两位有效数字) (2)两个光电门之间的距离是________m. 【答案】AB,0.067,0.6 【解析】 (1)探究小车做匀变速直线运动的规律,为了让小车做匀加速直线运动,应使小车受力恒定,故应将细线与木板保持水平,故A正确;为了充分利用纸带,实验时应先接通电源再释放纸带,故B正确;本实验中只是研究匀变速直线运动规律,小车只要做匀加速直线运动即可,不需要让小车的质量远大于钩码的质量,也不需要平衡摩擦力,故CD错误;所以选AB。 (2)根据题意,遮光板通过单个光电门的短暂时间里视滑块为匀速运动,则遮光板通过第一个光电门的速度为: ,遮光板通过第二个光电门的速度为: ,故滑块的加速度为: 。 因为滑块做匀加速直线运动,两个光电门之间的距离为: 。 12.某实验小组用图所示装置研究加速度与力的关系,图中带滑轮的长木板水平放置于桌面,拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小. (1)实验时,下列操作必要且正确的是_______ A.将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动 B.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,同时记录传感器的示数 C.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带 D.用天平测出砂和砂桶的质量 E.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 (2)若直接按图所示装置进行实验,以传感器的示数F为横坐标,通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标,画出的a﹣F图象合理的是______ (3)若上题中四个图象中的图线(包括C中的直线部分)的斜率为k,则小车的质量为_______. 【答案】ABC,B, 【解析】 (1)实验前要平衡摩擦力,将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动,故A正确;为充分利用纸带,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,同时记录传感器的示数,故B正确;为得出普遍规律,改变砂和砂桶质量,打出几条纸带,故C正确;小车受到的拉力可由拉力传感器测出来,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,故D错误;小车受到的拉力可以由拉力传感器测出,实验中一定不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,故E错误。 所以选ABC。 (2)小车质量不变时,加速度与拉力成正比,所以a-F图象是一条倾斜的直线,由实验装置可知,实验前没有平衡摩擦力,则画出的a-F图象在F轴上有截距,所以选B。 (3)小车所受的合力为2F,加速度 ,a-F图象的斜率: ,小车质量: 。 14.光电门在测量物体的瞬时速度方面有得天独厚的优势,比如在探究加速度和力的关系时就省去了打点计时器分析纸带的不便,实验装置如图甲所示。 (1)测量遮光条的宽度,游标卡尺测量的结果如图乙所示,遮光条宽度d为________cm。 (2)某次实验过程中,已经得到AB之间的距离l和遮光条通过光电门的时间t和力传感器的示数F,若要完成探究目的,还需要满足的条件是______________。 若要以F为横坐标,做出一条倾斜的直线来判断加速度和力成正比,那么纵坐标的物理量应该是_______(选填 或 )。 【答案】0.225,滑块由A点静止释放, 【解析】 (1)20格的游标卡尺的精度为0.05mm,游标卡尺的主尺读数为2mm,游标读数为0.05×5mm=0.25mm,所以最终读数为: 2mm+0.25mm=2.25mm=0.225cm. (2)若要完成探究目的,实验时,将滑块从A位置必须由静止释放;由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度.根据运动学公式得若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离l.由题意可知,该实验中保持小车质量M不变,因此有: v2=2al,v= ,a=F/M,可得: ,解得: F= . 17.用电磁打点计时器、水平木板(包括定滑轮)、小车等器材做“研究小车加速度与质量的关系”的实验,如图是某学生做该实验时小车即将释放之前的实验装置图;该图中有4处错误,它们分别是: (1)________________________________________________________________________; (2)________________________________________________________________________; (3)________________________________________________________________________; (4)________________________________________________________________________。 【答案】水平木板左端未适当垫高来平衡摩擦力电源要用低压交流电源小车应靠近打点计时器连接沙桶的细线通过定滑轮后应与木板平行 【解析】 由图象可知,实验存在的错误有: (1)水平木板左端未适当垫高来平衡摩擦力。 (2)电源要用低压交流电源。 (3)小车应靠近打点计时器。 (4)连接沙桶的细线通过定滑轮后应与木板平行。 18.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,以下做法正确的是(______) A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力 C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源 D.求小车运动的加速度时,可用天平测出重物和砝码的质量(M′和m′)以及小车质量M,直接用公式 求出 【答案】B 【解析】平衡摩擦力时,不能将装砝码的托盘用细线通过定滑轮系在小车上。 故A错误。 每次改变小车的质量,不需要重新平衡摩擦力。 故B正确。 实验时先接通电源,再放开小车。 故C错误。 小车运动的加速度由纸带上的数据,使用逐差法求出,不能使用牛顿第二定律求解。 故D错误。 故选B。 19.如图所示为实验室常用的力学实验装置。 关于该装置,下列说法正确的是_______. A.利用该装置做研究匀变速直线运动的实验时,需要平衡小车和木板间的摩擦力 B.利用该装置探究小车的加速度与质量关系时,每次改变小车的质量后必须重新平衡小车与木板间的摩擦力 C.利用该装置探究功与速度变化关系实验时,可以将木板带有打点计时器的一-端适当垫高,目的是消除摩擦力对实验的影响 D.将小车换成滑块,可以利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数,且不需要满足猾块的质量远大于钩码的质量 【答案】CD 【解析】用此装置“研究匀变速直线运动”时,不需要平衡摩擦力,只要物体做匀变速直线运动即可,故A错误。 用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,改变砝码和砝码盘的质量时,不需要重新平衡摩擦力,故B错误。 探究“功与速度变化的关系”实验时,需要平衡摩擦力,方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响,从而小车受到的合力即为绳子的拉力,故C正确。 将小车换成滑块,再利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数时,不需要用钩码的重力代替绳子的拉力,所以不需要满足滑块的质量远大于钩码的质量,故D正确;故选CD。 24.小明用如图所示实验装置做“探究加速度和力的关系”实验时,重物和小车的质量分别用m和M表示.为把重物的重力当做小车受到的牵引力,应 A.将长木板的B端适当垫高,m比M小很多 B.将长木板的B端适当垫高,M比m小很多 C.将长木板的A端适当垫高,m比M小很多 D.将长木板的A端适当垫高,M比m小很多 【答案】A 【解析】为把重物的重力当做小车受到的牵引力,则必须要平衡摩擦力,即将长木板的B端适当垫高;根据牛顿第二定律得: 对m: mg-F拉=ma;对M: F拉=Ma;解得: ,当M>>m时,即当砝码和盘的质量远小于小车的质量,绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力.故选A. 25.某实验小组利用如图所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验。 (1)为了把细绳对小车的拉力视为小车的合外力,要完成的一个重要步骤是______; (2)为了减小误差,每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力,获取多组数据。 若小车质量为400g,实验中每次所用的钩码总质量范围应选_________组会比较合理。 (填选项前的字母) A.10g~40gB.200g~400gC.1000g~2000g (3)改变钩码的个数重复实验,得到加速度 与合外力F的关系如图所示,分析线段OA,可得出实验的结论是______________________________________ 【答案】平衡摩擦力;A;在质量不变的条件下,加速度与合外力成正比 【解析】 (1)为了把细绳对小车的拉力视为小车的合外力,要完成的一个重要步骤是平衡摩擦力. (2)本实验要求钩码的质量远小于小车的质量,因此要求实验中每次所用的钩码总质量范围要小,故BC错误,A正确.故选A. (3)实验的结论是: 在质量不变的条件下,加速度与合外力成正比. 26.某同学设计了如图所示的装置来验证“加速度与力的关系”.把打点计时器固定在长木板上,把纸带穿过打点计时器连在小车的左端.将数字测力计固定在小车上,小车放在长木板上.在数字测力计的右侧拴有一细线,细线跨过固定在木板边缘的定滑轮与一重物相连,在重物的牵引下,小车在木板上加速运动,数字测力计可以直接显示细线拉力的大小. (1)采用数显测力计测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比________(填选项前的字母) A.可以不用平衡摩擦力 B.直接测量小车(包括测力计)所受的拉力,可以减少误差 C.利用此实验装置不用测量重物的质量 D.重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量 (2)下图是某同学在此实验中获得的一条纸带,其中两相邻计数点间有四个点未画出.已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,则小车运动的加速度a=_______m/s2. ①保持小车和数字测力计的总质量一定,改变钩码的质量,测出相应的加速度.采用图象法处理数据.请同学们根据测量数据做出a-F图象______________. ②试分析上图中图象不过坐标原点的原因: ________________________________. 【答案】BC0.39m/s2 没有平衡好摩擦力或木板倾角偏小 【解析】 (1)在实验中认为拉力为小车的合力,仍然需要平衡摩擦力。 故A错误。 若用钩码拉小车,绳子的拉力小于钩码的重力,用此装置可以直接测量小车所受的拉力,减小误差,故B正确。 因为拉力的大小通过数字测力计测量出来,不需要测量重物的质量,也不需要满足重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量。 故C正确、D错误。 故选BC。 (2)由纸带可知,在连续相等时间内的位移之差△x=0.39cm,根据△x=aT2得,加速度 (3)①根据所描的点作出a-F图线,如图所示。 ②由图像可知,当力F到达某一值时小车才有了加速度,说明没有平衡好摩擦力或木板倾角偏小. 点睛: 注意此实验与课本不同的是: 实验中通过数字测力计直接测量拉力的大小,不需要测量重物的质量,也不需要满足重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量。 处理纸带问题,要会根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度。 29.高中物理实验多次用到图示实验装置: (1)下列说法正确的是(____) A.测定匀变速运动加速度用到此装置,需平衡摩擦力 B.探究加速度与力、质量关系用到此装置,需平衡摩擦力 C.探究功与速度变化的关系可用此装置,需平衡摩擦力 D.探究力的合成规律可用此装置,需平衡摩擦力 (2)关于此装置平衡摩擦力的做法,下列正确的是(____) A.应挂上重物 B.应把右端木板适当垫高 C.小车应连接纸带并穿过打点计时器 D.在小车中加重物后应重新平衡摩擦力 【答案】BC;BC; 【解析】 (1)测定匀变速运动加速度用到此装置,不需平衡摩擦力,故A错误; B、探究加速度与力、质量关系用到此装置,当小车在木板上滑动时,有摩擦力作用时,合外力不等于绳子的拉力,所以必须想办法将摩擦力平衡掉,故B正确; C、探究功与速度变化的关系可用此装置,当小车在木板上滑动时,摩擦力对物体做负功,因此,合外力的功不等于弹力所做的功,所以必须想办法将摩擦力平衡掉,故C正确; D、探究力的合成规律不用此装置,故D错误; 故选BC; (2)A、平衡摩擦力时,不应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上,故A错误; B、可以适当垫高木板的右端,使得重力的分力与摩擦力抵消,来平衡小车运动过程中受到的摩擦力,故B正确; C、小车运动中,纸带与打点计时器之间也有摩擦了,这个摩擦力也要平衡的,故C正确; D、每次改变小车的质量时,小车
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- 探究 加速度 质量 关系