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十九　实验:探究加速度与力、质量的关系
(25分钟　30分)
1.(4分)用如图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与力F的关系。
(1)进行实验时,__________(选填“需要”或“不需要”)将长木板左端垫高以平衡摩擦力。(2分)
答案:(1)需要　
【解析】(1)探究小车的加速度a与力F关系的实验中,长木板上的摩擦力不可忽略,需要将长木板左端垫高以平衡摩擦力;
(2)根据实验数据画出如图乙所示的a-F图像,由此得出实验结论:在小车质量保持不变时,小车的加速度a与力F成__________(选填“正比”或“反比”)。 (2分)
答案: (2)正比
【解析】(2)由题图乙可知小车的加速度a与力F成正比关系。
2.(6分)在探究加速度与力、质量的关系时,一实验小组设计了如图甲所示的实验装置。
(1)该实验中同时研究三个物理量间的关系是很困难的,因此采用的研究方法是(2分) (　　)
A.放大法
B.补偿法
C.控制变量法
答案:(1)C　
【解析】(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此可以控制其中一个物理量不变,研究另外两个物理量之间的关系,即采用控制变量法,故选C。
(2)实验前要进行槽码质量m和小车质量M的选取,以下最合理的一组是(2分) (　　)
A.M=100 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=5 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g
D.M=100 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
答案: (2)C　
【解析】(2)由于本实验要求槽码的质量m远小于小车的质量M,故选C。
(3)图乙是实验中打出的众多纸带中的一条,相邻两点之间的距离分别为x1、x2、…、x8,时间间隔均为T。下列加速度的计算式中,最优的是(2分) (　　)
A.a=(++++++)
B.a=(+++++)
C.a=(++++)
D.a=(+++)
答案: (3)D
【解析】(3)选用逐差法可以减小随机误差,根据逐差法可知
x5-x1=4a1T2
x6-x2=4a2T2
x7-x3=4a3T2
x8-x4=4a4T2
联立可得
a=(+++)
故选D。
3.(6分)如图所示为某小组“探究在质量一定的条件下,物体的加速度与其所受外力间的关系”的实验装置示意图。
(1)(多选)下面列出了一些实验器材:电磁打点计时器、纸带、带定滑轮的长木板、垫板、小车和钩码、沙和沙桶、天平(附砝码)。除以上器材外,还需要________。 (2分)
A.秒表 B.刻度尺 C.交流电源 D.直流电源
答案:(1)B、C　
【解析】(1)本实验中需要测位移,则需要刻度尺,电磁打点计时器需要接交流电源,故选B、C。
(2)本实验采用的科学方法是________。(2分)
A.理想实验法 B.控制变量法 C.建立物理模型法
答案: (2)B　
【解析】(2)本实验采用的科学方法是控制变量法,故选B。
(3)实验中,需要平衡打点计时器对小车的阻力及其他阻力;小车放在长木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把长木板不带定滑轮的一端垫高,调节长木板的倾斜度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做______________运动。 (2分)
答案: (3)匀速直线
【解析】(3)平衡阻力时,把长木板不带定滑轮的一端垫高,调节长木板的倾斜度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做匀速直线运动即可。
4.(6分)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某小组设计了如图所示的实验装置。图中上、下两层水平轨道表面光滑,两小车前端系上细线,细线跨过滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使两小车同时开始运动,然后同时停止。
(1)在安装实验装置时,应调整滑轮的高度,使_______________________;在实验时,为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的总质量______________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。(4分)
答案:(1)细线与轨道平行(或水平)　远小于
【解析】(1)拉小车的细线要与轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时,才能认为细线拉小车的力等于砝码盘和砝码的总重力。
(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小,能这样比较,是因为
_____________ _____________ (2分)
答案: (2)对初速度为零的匀加速直线运动,运动时间相同时,根据x=at2得=,所以能用位移来比较加速度大小
【解析】(2)对初速度为零的匀加速直线运动,运动时间相同时,根据x=at2得=,所以能用位移来比较加速度大小。
5.(8分)某实验小组利用图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”实验,小车的加速度可由打点计时器打出的点计算出。
(1)实验时,某同学没有进行平衡摩擦力这一步骤,他将每组数据在坐标纸上描点、画线得到a-F图像,可能是图乙中的__________(选填“A”“B”或“C”)图线。(2分)
答案:(1)A　
【解析】(1)当没有进行平衡摩擦力操作时,小车所受的拉力达到某一值时小车才开始加速运动,则得到的图像应如题图乙中图线A所示。
(2)关于本实验,下列说法正确的是__________。(2分)
A.实验时应先释放小车后接通电源
B.小车质量应远大于槽码的质量
C.每次改变小车质量时,都应重新平衡摩擦力
D.平衡摩擦力时,应将槽码用细线绕过定滑轮系在小车上
答案: (2)B　
【解析】(2)实验时应先接通电源后释放小车,故A错误;实验过程中小车质量应远大于槽码的质量,这样才能认为槽码的重力约等于小车所受的拉力,故B正确;平衡摩擦力过程中需要观察拖着纸带的小车是否能在木板上做匀速直线运动,不需要将槽码用细线绕过定滑轮系在小车上,平衡摩擦力后,无论改变槽码质量还是小车的质量均不需要重新平衡摩擦力,故C、D错误。
(3)如图丙为本实验中得到的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点间的时间间隔T=0.10 s,由该纸带可求得小车的加速度a=____________m/s2。(2分)
答案: (3)0.51　
【解析】(3)由逐差法Δx=aT2可得小车的加速度a==0.51 m/s2。
(4)智能手机可以辅助完成很多物理实验,实验小组的同学们又利用手机测量小车的加速度。如图丁所示,同学们在桌边固定一刻度尺,其零刻度恰与小车前端对齐。调整手机使其摄像头正对刻度尺,开启视频摄像功能,用手机记录小车在水平桌面上从静止开始释放做匀加速直线运动的情况。然后通过视频回放,得到小车前端在刻度尺上的位置坐标x与运动时间t的数据。为了减小实验误差,该组同学采用图像法来处理实验数据,他们根据测量的x和t,得到如图戊所示图像,算出该图线斜率大小为k,则小车运动的加速度大小为__________。(2分)
答案: (4)k
【解析】(4)根据运动学公式x=v0t+at2,可知v0=0时,=at,结合图线斜率可知加速度大小为a=k。

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