(2017天津六校联考)如图1所示,为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图.钩码的质量为m1,小车和砝码的质量为m2,重力加速度为g.
(1)下列说法正确的是
A.每次在小车上加减砝码时,应重新平衡摩擦力
B.实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源
C.本实验m2应远小于m1
D.在用图象探究加速度与质量关系时,应作﹣a图象
(2)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,测得F=m1g,作出a﹣F图象,他可能作出图2中 (选填“甲”、“乙”、“丙”)图线.此图线的AB段明显偏离直线,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.钩码的总质量太大
D.所用小车的质量太大
(3)实验中打出的纸带如图4所示.相邻计数点间的时间是0.1s,由此可以算出小车运动的加速度是 m/s2
(4)若不断增加钩码的个数,a﹣F图象中各点连成的曲线将不断延伸,那么加速度的趋向值为
(5)实验时,某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤,若轨道水平,他测量得到的﹣a图象,如图3.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,则小车与木板间的动摩擦因数μ= ,钩码的质量m1= .
(1)平衡摩擦力,假设木板倾角为θ,则有:f=mgsinθ=μmgcosθ,m约掉了,每次在小车上加减砝码时,故不需要重新平衡摩擦力.故A错误.
实验时应先接通电源后释放小车,故B错误.对小车和砝码整体,由牛顿运动定律,F=m2a,对钩码,m1g-F=m1a,联立解得:让小车的质量m1远远大于小盘和重物的质量m2,因为:实际上绳子的拉力F=m2a=,故应该是m1<<m2,故C错误;F=ma,所以:a=F/m,所以在用图象探究小车的加速度与质量的关系时,通常作a﹣图象,故D正确;
(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤,就会出现当有拉力时,物体不动的情况,说明没有平衡摩擦力或平衡不够.故可能作出图2中丙.
此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是砝码盘和砝码的总质量太大,没有远小于小车和砝码的质量,
(3)根据匀变速直线的推论:s4﹣s1=3aT2,a==0.46m/s2
(4)若不断增加钩码的个数,a﹣F图象中各点连成的曲线将不断延伸,由于际上绳子的拉力F=m2a=,,那么加速度,当m1远大于m2时:a=g。
(5)实验时,某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤,根据牛顿第二定律得:
F﹣μm2g=m2a
m1g﹣F=m1a
=+μg/F
设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,
所以k=1/F,μg/F =b,
解得:μ=,钩码的质量m1=.
【参考答案】:(1)D;(2)丙,C; (3)0.46;(4)g;(5),
(2016·江西名校学术联盟调研)(6分)在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时,采用了如图甲所示的实验方案。操作如下:
(1)平衡摩擦力时,若所有的操作均正确,打出的纸带如图乙所示,应________(填“减小”或“增大”)木板的倾角,反复调节,起到纸带上打出的点迹________为止。
(2)已知小车质量为M,盘和砝码的总质量为m,要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力,应该满足的条件是m________M(填“远小于”、“远大于”或“等于”)。
(3)图丙为小车质量一定时,根据实验数据描绘的小车加速度a与盘和砝码的总质量m之间的实验关系图象。若牛顿第二定律成立,则小车的质量M=________kg。
(3)根据mg=(M+m)a变式为=·+
由题意知k=,b=,所以M=。
由图象可知k==0.008,b=0.1,所以M=0.08 kg。
【参考答案】 (1)增大 间距相等 (2)远小于 (3)0.08
如图甲所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。
(1)平衡小车所受阻力的操作:取下________,把木板不带滑轮的一端垫高;接通电火花计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示,则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹__________为止。
(2)如图丙所示为研究“在外力一定的条件下,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,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________。
【参考答案】:(1)砝码 减小 间隔相等(均匀) (2)
(2016·芜湖模拟)在验证牛顿第二定律的实验中,某学习小组使用的实验装置如图甲所示:
(1)由于没有打点计时器,该小组让小车由静止开始运动,发生位移x,记录时间t,则小车的加速度的表达式为a=________。
(2)指出该实验中的一个明显疏漏:_________________________________________。
(3)纠正了疏漏之处后,保持小车的质量M不变,改变砂桶与砂的总重力F,多次实验,根据得到的数据,在a F图象中描点(如图乙所示)。结果发现右侧若干个点明显偏离直线,造成此误差的主要原因是________。
A.轨道倾斜不够
B.轨道倾斜过度
C.砂桶与砂的总重力太大
D.所用小车的质量太大
(4)若不断增加砂桶中砂的质量,a F图象中各点连成的曲线将不断延伸,那么加速度的趋向值为________,绳子拉力的趋向值为________。
【参考答案】 (1) (2)没有平衡摩擦力 (3)C (4)g Mg
(2016·荆州模拟)某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。如图甲为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量,小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。
(1)如图乙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B点时的速度为________ m/s,小车的加速度大小为________ m/s2。(结果均保留两位有效数字)
(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时,某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注,但尚未完成图象(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图象。
丙 丁
(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因。
【名师解析】:(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度,即B点的瞬时速度,故
vB== m/s=1.6 m/s。
由逐差法求解小车的加速度,
a==
m/s2=3.2 m/s2。
【参考答案】:(1)1.6 3.2 (2)见解析图
(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
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