探究加速度与力质量的关系为什么要小车匀速下滑
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发布时间：2023-05-04 03:20
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时间：2023-05-14 21:45
在小桶内加入一定质量的砝码，细线跨过定滑轮，并调节定滑轮高度，使细线与轨道保持水平。接通打点计时器电源，释放小车，小车做匀加速直线运动，取下纸带，并做标记。保持小车质量不变，更换纸带，依次增加小桶内砝码质量，改变小车所受合力，重复实验，及时做出标记。处理纸带上的点，求出小车受不同外力时的加速度。将数据记录在表格中。小车质量M车保持不变
小车受力F(N)
加速度a（m·s-2）
以加速度a为纵坐标，小车受力F为横坐标，由表格中记录的数据，做出a-F图像。由图象得到 。4、探究力不变时，加速度与质量的关系：小桶内加入一定质量的砝码，并保持桶内砝码质量不变，接通打点计时器电源，释放纸带，小车做匀加速直线运动，取下纸带，并做标记。更换纸带，在小车上小车上分别继续增加不同个数钩码，重复实验，并做标记。处理纸带上的点，得到每条纸带对应小车的加速度。并将数据记录在表格中。小桶与砝码总重力保持不变
小车质量M(kg)
小车质量倒数1/M(1/kg)
加速度a（m·s-2）
以加速度a为纵坐标，小车质量倒数1/M为横坐标，由表格中记录的数据作出a-1/M图像。由图像得到 。注意事项：1、在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．2、改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车． 误差分析：1、小桶与砝码的总质量过大。因为要探究“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，小桶和内装砝码所受的重力作为小车所受外力，因此在质量不变的条件下，加速度与外力成正比，由实验原理：得，而实际上，所以小车质量M 与 桶和砝码总质量应满足M>>m。
2、小车与木板间的摩擦力未完全平衡。应调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。3、纸带与计时器之间的摩擦。1、某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。由这些已知数据计算：①该匀变速直线运动的加速度a=___________m/s2。②与纸带上D点相对应的瞬时速度v=__________ m/s。（答案均要求保留3位有效数字）2、如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。②（单选题）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．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大答案：（1）小车的总质量，小车所受外力，（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比，②C，解析：（1）因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力；（2）由于OA段a-F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：得，而实际上，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>>m造成的。3、“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。（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。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的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980
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）根据提供的试验数据作出的-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）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。解析：（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式，关键弄清公式中各个量的物理意义，为连续相等时间内的位移差，t为连需相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两点的时间间隔为t=0.1s，（3.68-3.52）m，带入可得加速度=0.16m/s2。也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度=0.15m/s2.（2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜。由此确定F的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适。设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。如图所示。（3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。与纵坐标相交而不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。4.某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图．（所用交变电流的频率为50Hz）
（1）图（b）为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2．（保留三位有效数字）（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：
实验次数12345678
小车加速度a/m·s–20.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101
小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67
小车质量倒数4.003.453.032.502.001.411.000.60
请在方格坐标纸中画出图线， 并从图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是 ．（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，一位同学根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线如图所示。该图线不通过原点，其主要原因是______________________________________ ．答案：(1)0.510 (2)略 (3)没有平衡摩擦力5.在探究牛顿第二定律实验中，得到以下数据：物体质量不变时，加速度a与物体所受合力F的对应数据如表1；物体所受合力不变时，加速度a和物体质量的倒数1/M的对应数据如表2。表1 表2
a(m·s—2)1.02.04.06.08.1
F（N）0.51.02.03.04.0
a(m·s—2)1.02.02.73.04.0
0.250.500.690.801.0
（1）分别画出a ~F图象和a~1/M图象。（2）由a ~F图象得到的结论是 ；由a ~1/M图象得到的结论是
答案：（1）如图所示（2）物体的加速度与物体所受的合力成正比物体的加速度与物体的质量成反比6、某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系实验.如图(a)为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶，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等于砂和砂桶总重量，小车运动加速度a可用纸带上点求得：(1)图(b)为某次实验得到的纸带(交流电的频率为50Hz)，试由图中数据求出小车加速度值；(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如下表：根据上表数据，为直观反映：F不变时，a与m的关系，请在方格坐标纸中选择恰当物理量，建立坐标系，并作出图线.从图线中得到：F不变时，小车加速度a与质量之间定量关系式是_____________.(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶重量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线，如图(d)所示，该图线不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是_______________________________________________.答案： (1) ，T=0.04s，a=3.0m/s2(4分)(2)如图所示， (作图2分，结论3分)(3)实验前未平衡摩擦力(3分)实验拓展：1、某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。实验步骤如下：①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；
③将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t1④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值；⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出f-关系曲线。（1）用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：①斜面倾角的余弦= ；②滑块通过光电门时的速度v= ；③滑块运动时的加速度a= ；④滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ；（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得d= 。答案：（1）①；②；③；④；（2）3.62cm解析：(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示① ；根据三角形关系可得到,②根据③根据运动学公式,有,即有；④根据牛顿第二定律,则有；(2) 在游标卡尺中，主尺上是3.6cm，在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是10分度，所以读数为3.6cm+0.1×1mm=3.61cm或者3.62cm也对。2、某实验小组拟用如图1所示装置研究滑块的运动.实验器材有滑块、钩码、纸带、米尺、带滑轮的木板，以及由漏斗和细线组成的单摆等.实验中，滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆垂直于纸带运动方向摆动，漏斗漏出的有色液体在纸带带下留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置.①在图2中，从 纸带可看出滑块的加速度和速度方向一致.②用该方法测量滑块加速度的误差主要来源有： 、 （写出2个即可）.3、现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺。（1）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：
① 小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间② 用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度____。③ 用米尺A1相对于A2的高h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F＝__。④ 改变_斜面倾角（或填h的数值），重复上述测量。⑤ 以h为横坐标，为纵坐标，根据实验数据作用作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。（2）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：① 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度ho。② 进行（1）中的各项。③ 计算与作图时用（h－ho）代替h。 对此方案有以下几种评论意见：A. 方案正确可行B. 方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。C. 方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关。其中合理的意见是_C__。4.某探究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下有的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关。实验室提供如下器材：（A）表面光滑的长木板（长度为L），（B）小车，（C）质量为m的钩码若干个，（D）方木块（备用于垫木板），（E）米尺，（F）秒表。（1）实验过程：第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系。实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑至底端所用时间t，就可以由公式a＝__________求出a。某同学记录了数据如右表所示：根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间__________（填“改变”或“不改变”），经过分析得出加速度与质量的关系为__________。第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系。实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板的倾角，由于没有量角器，因此通过测量出木板顶端到水平面高度h，求出倾角的正弦值sin＝h/L。某同学记录了高度和加速度的对应值，并在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图如下，
请根据他所作的图线求出当地的重力加速度g＝__________m/s2。进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为__________。（2）该实验小组所采用的探究方法是__________。答案：（1）a＝，不改变，9.81，a＝gsin，（2）控制变量法5、如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（ A ）A.当m1=m2、F1=2F2时，x1=2x2 B.当m1=m2、F1=2F2时，x2=2x1C.当m1=2m2、F1=F2时，x1=2x2 D.当m1=2m2、F1=F2时，x2=2x1解析：题中m1和m2是车中砝码的质量，绝不能认为是小车的质量.当m1=m2时，两车总质量仍相等，因F1=2F2，则a1=2a2.由x=at2知，A正确，B错误；若m1=2m2，两车总质量关系未知，故C、D不能确定.
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探究加速度与力、质量的关系
探究加速度与力、质量的关系
探究目的：
探究方法：控制变量法
保持物体的质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；
保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。
第 1 页
探究思路：1、物体加速度的测量：可以在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点测量加速度；
2、怎样提供并测量物体所受的恒力：可以将小车放在光滑水平板上，前端系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶，桶中可放砝码，小桶和砝码所受的重力，等于小车做匀加速运动的力。因此，增减小桶中的砝码就可以改变小车受到的合力。
第 2 页
3、实验数据的分析：可以用图象较直观地判断a与F、m的关系。
（1）研究加速度与力的关系时，可以以a为纵坐标、F为横坐标建立坐标系，由得到的数据描点作图，根据图像判断a与m的关系。
（2）研究加速度与质量的关系时，由于在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小。这可能是“a与m成反比”但也可能是“a与m2成反比”，甚至是更复杂的关系。处理这种关系，可以以a为纵坐标，1/m为横坐标，或1/m2为横坐标，建立坐标系，判断a与m的关系。
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探究器材：直尺、天平、砝码、垫块、钩码、一端带定滑轮的直轨道、打点计时器、固定夹、纸带、小车、 带细绳的小桶、
探究步骤及数据处理：
1、 用天平称出小桶的质量m桶小车质量M车。在桶内增加砝码，可以改变小车所受合力。小车上可以通过增加钩码来改变质量。
2、如图所示把实验器材安装好：将直轨道置于水平桌面上，并使滑轮伸出桌面，在直轨道末端某处用垫块垫高，以平衡摩擦力，当小车（前端未挂小桶）在轨道上轻推一下能做匀速运动即可 。打点计时器固定在轨道合适位置。细绳的一端是小桶，另外一端系在小车前端。
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3、 探究质量不变时，加速度与力的关系：
将纸带一端穿过打点计时器，另一端固定在小车末端。
在小桶内加入一定质量的砝码，细线跨过定滑轮，并调节定滑轮高度，使细线与轨道保持水平。接通打点计时器电源，释放小车，小车做匀加速直线运动，取下纸带，并做标记。
保持小车质量不变，更换纸带，依次增加小桶内砝码质量，改变小车所受合力，重复实验，及时做出标记。
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时间：2023-05-14 21:46
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时间：2023-05-14 21:46
