《高一物理同步备课系列（人教版必修1）》4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(解析版)

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4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(解析版)
一、实验题（本大题共 7小题）
1.如图甲所示为某实验小组“探究物体加速度与所受合外力关系”的实验装置。他们调整长木板和滑轮，
使长木板水平放置且细线平行于长木板；在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，多次改变托盘
中砝码的质量，记录传感器的读数
F
，求出加速度
a
。
请回答下列问题：
(1)
实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知交流电频率为 50
Hz
的交流电，两计数点间还有四个点没
有画出，根据纸带可求出物块的加速度为______
m/s2
。
¿
结果保留三位有效数字
¿
。
(2)
以力传感器的示数
F
为横坐标，加速度
a
为纵坐标，画出的
a − F
图象是一条直线如图丙所示，求
得图线的斜率为
k
，横轴截距为
F0
，若传感器的质量为
，则物块的质量为___。若已知重力加速度
为
g
，物块与长木板动摩擦因数为
μ=¿
______________。
1
(3)
该实验需不需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量？____。
¿
填“需要”或“不需要”
¿
【答案】
2.00
；
m=1
k−m0
；
k F0
g
；不需要
【解析】
【分析】
(1)
根据位移差公式求解加速度；
(2)
根据图象结合牛顿第二定律写出
a
与
F
的函数关系表达式，确定其斜率，根据横轴截距确定
μ
即可；
(3)
根据实验原理确定是否需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量这一条件。
【解答】
(1)
根据
△x=a T2
，运用逐差法得
a=x36 − x03
9T2=(7.10+9.13+11.09 −1.10−3.09−5.12)×10−2
9×0.01 m/s2=2.00 m/s2
；
(2)
由牛顿第二定律得
F=(m+m0)a
，则
a=1
m+m0
F
，
a − F
图象的斜率
k=1
m+m0
，所以物块的质量为
m=1
k−m0
，由图象可知，物块与木板之间的摩擦力为
F0
，则
F0=μ(m+m0)g
，即
μ=k F0
g
。
(3)
由于传感器测得是真实拉力，不需要满足此条件。
故答案为：
(1)2.00
(2)m=1
k−m0
；
k F0
g
2
(3)
不需要
2.某同学设计了一个“探究加速度
a
与物体所受合力
F
及质量
m
关系”的实验，图甲为实验装置简图．
(1)
该实验应采用__________法，在探究加速度
a
与物体质量
m
关系时，应保持_________不变
¿
选填“砂和
砂桶质量”或“小车质量”
¿
，同时实验还要求砂和砂桶质量_________小车质量
¿
选填“远大于”或“远
小于”
¿
。图乙为某次实验用打点计时器测得的纸带，已知交流电的频率为 50
Hz
，根据纸带可求出小车的
加速度大小为________
m/s2
。
¿
保留两位有效数字
¿
(2)
在利用打点计时器和小车来做“探究加速度
a
跟
F
、
m
之间关系”的实验时，下列说法中正确的是_____
_
A
.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
B
.平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
C
.小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
D
.平衡摩擦力后，若改变小车和砝码的总质量后需要重新平衡摩擦力
(3)
某同学在探究加速度与力的关系时，根据测量数据作出的
a − F
图线，如图所示，则实验存在的问题是_
_________
【答案】
(1)
控制变量法；砂和砂桶质量；远小于；
3.2
；
(2)AC
；
(3)
平衡摩擦力时木板倾角过大。
【解析】
3
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