第5讲实验:探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.某研究性学习小组用如图所示的装置探究牛顿第二定律。该小组在实验中确定的研究对象是小车,而且认为细线对小车的拉力等于砂桶和砂的总重力,也是小车所受的合外力,则对该实验,以下说法中不正确的是()A.在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位置,直到小车在砂桶和砂的拉动下带动纸带做匀速直线运动,以平衡小车运动中受到的摩擦力B.实验中必须使砂桶和砂的总质量远小于小车的质量C.细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力D.该实验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律的答案A把长木板一端垫高是为了平衡摩擦力,应该在不挂砂桶的情况下平衡摩擦力,使小车拖动纸带做匀速运动。2.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。甲(1)在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s。从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=m/s2(结果保留两位有效数字)。(2)平衡摩擦力后,将5个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如表:砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s-2)0.691.181.662.182.70请根据实验数据作出a-F的关系图像。(3)根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点,请说明主要原因。答案(1)0.16(0.15也算对)(2)如图所示(3)未计入砝码盘的重力解析(1)a=ΔxT2=(3.68-3.52)×10-20.12m/s2=0.16m/s2,或a=ΔxT2=(3.83-3.68)×10-20.12m/s2=0.15m/s2(2)见答案(3)实验时应测出砝码盘和砝码的总重力,而表中数据漏计了砝码盘的重力,导致合力F的测量值小于真实值,a-F图线不过原点。考点一实验中的两个“为什么”1.为什么只有当小车的质量远大于小盘和砝码总质量时,才可认为小盘和砝码的重力近似等于小车受到的拉力呢?分析:根据牛顿第二定律,对小盘和砝码:mg-F=ma对小车:F=Ma得F=MmgM+m=11+mMmg所以只有当M≫m时,F≈mg。2.本实验为什么画a-1M图像而不画a-M图像。分析:实验中作出的是a-1M图像。因为a-M图像是一条曲线,而根据曲线不好确定两个量的关系,这种情况下物理实验数据的处理多采用“化曲为直”的思想,作a-1M图像。1-1(2018石景山一模)某同学用如图1所示的装置探究“加速度与力和质量的关系”。(1)该实验开始前需要平衡摩擦力,在平衡摩擦力的时候(选填“需要”或“不需要”)挂砂桶,(选填“需要”或“不需要”)安装纸带和接通打点计时器;每次改变小车的质量后(选填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力。(2)实验中打出的一条纸带的一部分如图2所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C,相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时,小车的速度vB=m/s。图1图2(3)该同学探究“小车的加速度与所受合外力的关系”时,通过测量和处理实验数据,得到如图3所示的a-F图线,发现图线不过坐标原点,请分析其原因是:;该图线斜率的物理意义是:。图3答案(1)不需要需要不需要(2)0.44(0.43~0.45)(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(斜面倾角过小)小车质量的倒数解析(1)平衡摩擦力时,应让小车处于无动力状态,故不需要挂砂桶,但需要用纸带和打点计时器来验证是否平衡合适。由于平衡摩擦力后,对小车应满足mgsinθ=μmg·cosθ,即sinθ=μcosθ,与m无关,故改变小车的质量后,并不需要重新平衡摩擦力。(2)由匀变速直线运动的推论:一段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,可得vB=sACtAC=13.30-4.500.2cm/s=44cm/s=0.44m/s。(3)a-F图线不过原点,与横轴出现交点说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,图线的斜率表示小车质量的倒数。1-2如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系,小车上固定一个盒子,盒子内盛有砂子。砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m,小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为M。(1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比时,从盒子中取出一些砂子,装入砂桶中,称量并记录砂桶的总重力mg...
