实验：探究加速度与力质量的关系.doc

1．下面是“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤：
①用天平测出小车质量M和小盘质量m
②安装好打点计时器，在小车上装好纸带
③调整长木板的倾斜程度
④在小盘中放入适量的砝码m1
⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系
⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系
(1)步骤③的目的是________。
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)________小车质量M。
(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是________。
解析：　(1)步骤③是为了平衡掉小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力。
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)远小于小车的质量M。
(3)该实验采用的是控制变量法。
答案：　(1)平衡摩擦力　(2)远小于　(3)控制变量法
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。

(1)本实验应用的实验方法是________。
A．控制变量法　　　　　 B．假设法
C．理想实验法 D．替代法
(2)下列说法中正确的是________。
A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小
B．在探究加速度与力的关系时，应该改变小车的质量
C．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－图象
D．当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于小盘和砝码的总重力大小
解析：　(1)实验采用了控制变量法，即先保证物体质量不变，研究加速度与合力的关系，再保证物体受力不变，研究加速度与质量的关系。
(2)探究a与M的关系时，保持F不变，改变M大小；探究a与F的关系时，保持M不变，改变F大小，故A、B错。a－关系图象为过原点的直线，作出这个图象容易证明a与M成反比，C对。只有小车的质量远大于小盘与砝码的总质量时，小车受到的合力大小才约等于小盘与砝码的总重力，D对。
答案：　(1)A　(2)CD
3．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：

(1)某组同学用如图甲所示的装置，采用控制变量法，来研究在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中不需要和不正确的是________。
①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力
②平衡摩擦力的方法就是在塑料桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
③每次改变小车受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力
④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
⑤实验中应先放小车，然后再接通打点计时器的电源
A．①③⑤　　　　　　　 B．②③⑤
C．③④⑤ D．②④⑤
(2)某组同学由实验得出数据，画出a ­F图象如图乙所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是________。
A．实验中没有平衡摩擦力
B．实验中平衡摩擦力过度
C．实验中绳子拉力方向没有跟木板平行
D．实验中小车质量发生变化
解析：　(1)①实验时首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力；②平衡摩擦力的方法是将小车与纸带相连，小车前面不挂塑料桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，看小车能否做匀速直线运动；③每次改变小车受到拉力后都不需要重新平衡摩擦力；④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力是正确的；⑤实验中应先接通电源，后放开小车。由此可见，①、④正确，②、③、⑤错误，故选B。
(2)由图象可知，a ­F图象在a轴上有截距，这是由于平衡摩擦力过度造成的。故选B。
答案：　(1)B　(2)B
[课时作业]
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M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
B．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
D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
E．保持沙桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M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
G．作a ­M关系图象，并由图象确定a与M的关系
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后。
(2)在上述步骤中，有错误的是________，应把________改为________。
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________。
解析：　实验中把沙桶及其中沙子受到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。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6 V以下交流电压的学生电源上。作a ­M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a ­关系图象。
答案：　(1)平衡摩擦力　按图装好实验器材即B
(2)D　6 V电压的蓄电池　6 V以下交流电压的学生电源
(3)G　a ­M　a ­
2．“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
(1)当质量M一定时，a与F合成________；当力F一定时，a与M成________。
(2)

如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图，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．本实验中探究的方法是控制变量法
C．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”这一条件如不满足，对探究结果也不会产生影响
解析：　(1)当质量M一定时，a与F合成正比；当力F一定时，a与M成反比。
(2)平衡摩擦力时，应使小车在不受拉力作用下拖动纸带做匀速直线运动，A错。实验中采用控制变量法，即研究加速度与合力关系时控制小车质量不变，研究加速度与小车质量关系时要控制拉力不变，B对。实验时，先接通电源打点，后放开小车拖动纸带运动，C错。为减小实验误差，实验时必须做到重物的质量远小于小车的质量，D错。
答案：　(1)正比　反比　(2)B
3.

在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。
(1)下列说法中正确的是(　　)
A．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小
B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量
C．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－图象
D．选择器材测质量时，同时有天平和弹簧测力计，应优先选择弹簧测力计
(2)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：(小车质量保持不变)

F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a/(m·s－2)
0.10
0.20
0.28
0.40
0.52
①根据表中的数据在坐标图上作出aF图象。

②图象不过原点的原因可能是________。
解析：　(1)该实验采用的是控制变量法，在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变。在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，故A、B错误；直线图象可以直观地反映两个变量之间的关系，所以实验时要作出a图象，C正确。物体的质量应该用天平来测量，D错误。
(2)①根据表中的数据在坐标图上作出的aF图象如图所示：

②从图中发现直线没过原点，当F≠0时，a＝0。也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了。该同学实验操作中未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。
答案：　(1)C　(2)①见解析图　②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
4．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图。沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。

(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是(　　)
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在沙和沙桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去沙和沙桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及沙和沙桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动。
(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是(　　)
A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g
D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
(3)下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为：xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm、xEF＝5.91 cm、xFG＝6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。

解析：　(1)需要将长木板一端适当垫起一定高度，以平衡摩擦力，完成此项工作的标志就是不挂沙桶条件下小车能带动纸带匀速运动(通过打点计时器点痕间隔是否均匀判定)。
(2)根据实验原理：实验中小车的实际加速度为a＝，实验时把mg当成对M的拉力，即忽略m对加速度的影响，使加速度约为a＝，显然需m≪M, 据此可知C组最合理。
(3)由逐差法求小球运动的加速度
a＝＝0.42 m/s2。
答案：　(1)B　(2)C　(3)0.42