第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系 知识点题库

图甲所示为某实验小组利用气垫导轨来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系的实验装置，实验时，将滑块从图甲所示的位置由静止释放，由数字计时器（图中未画出）得到遮光条通过光电门1、2的时间分别为t₁、t₂ ， ；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离为x，用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，则：

某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50Hz．实验步骤如下：

A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；

C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；

D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．

根据以上实验过程，回答以下问题：

如图1所示，某同学用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：

①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动的理由是．

②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图2所示的纸带．纸带上O点为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg．

请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化△E_k ， 补填表中空格（结果保留至小数点后第四位）．

分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=△E_k ， 与理论推导结果一致．

为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图1所示实验装置．

某同学设计了一个探究加速度与物体所受合外力F及质量M的关系实验．图1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（总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板．

①若保持砂和砂桶质量m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 数据如表所示．根据表数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图2所示的方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线．从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是．

②某同学在探究a与F的关系时，把砂和砂桶的总重力当作小车的合外力F，作出a﹣F图线如图3所示，试分析图线不过原点的原因是．

③在这个实验中，为了探究两个物理量之间的关系，要保持第三个物理量不变，这种探究方法叫做法．

图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

①打点计时器使用的电源是(选填选项前的字母)。

A.直流电源            B.交流电源

②实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是(选填选项前的字母)。

A.把长木板右端垫高            B.改变小车的质量

③在(选填选项前的字母)且计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

A.不悬挂重物            B.悬挂重物

④实验中，为了保证悬挂重物的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂重物的总质量m与小车M之间应满足的条件是

A.M>>m            B.m>>M

⑤安装好实验装置，正确进行实验操作，物体做匀加速直线运动。从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图所示(其中一段纸带图中未画出)。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F、G作为计数点。其中测出D、E、F点距起始点O的距离分别为S₁ ， S₂ ， S₃如图所示。已知打点计时器打点周期为T。物体运动到E点时的瞬时速度表达式为v_E=；物体运动的加速度表达式a=

⑥该同学在实验中，得到了如图的 -F图象，发生这种现象的原因。

⑦该同学在分析了原因后，决定改进实验原理。在实验中，他每次改变拉力时，就将小车中的砝码取出，加到托盘中，把托盘和托盘中的砝码总重力视为合力F，对应的加速度 从纸带中计算得出，多次测量后，绘出 -F图象。你认为这种方法能否避免图8中出现的问题吗?请分析原因。

A．挂上砂桶，桶中加入足量的砂子，调整木板的倾角，使质量为M的小车能够拖着纸带沿木板匀速下滑；

B．取下砂桶，小车将沿木板加速下滑，测得小车运动的加速度为a；

C．测得砂桶（含砂子）的质量为m；

D．多次重复上述操作，记录数据，作出a-m的关系图线。