2018年秋高中物理 第4章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 2 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課時(shí)作業(yè) 新人教版必修1.doc

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第四章　2 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 基礎(chǔ)夯實(shí) 1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了研究問(wèn)題的多種科學(xué)方法： (1)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的等效法：__平衡摩擦力法____； (2)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：__控制變量法____； (3)實(shí)驗(yàn)原理的簡(jiǎn)化：__近似法____，即當(dāng)小車(chē)質(zhì)量M車(chē)?m沙時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g； (4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：__圖象法____； (5)由a－M車(chē)圖象轉(zhuǎn)化為a－圖象，所用的科學(xué)方法：__化曲為直法____。 (以上各題均選填“理想實(shí)驗(yàn)法”、“圖象法”、“平衡摩擦力法”、“化曲為直法”、“控制變量法”或“近似法”) 解析：(1)由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)受到摩擦阻力，所以要進(jìn)行平衡摩擦力，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，稱(chēng)為平衡摩擦力法； (2)在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來(lái)探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱(chēng)為控制變量法； (3)當(dāng)小車(chē)質(zhì)量M車(chē)?m沙時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g，稱(chēng)為近似法； (4)通過(guò)圖象研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，稱(chēng)為圖象法； (5)在作圖時(shí)，由a－M車(chē)圖象轉(zhuǎn)化為a－圖象，使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線，稱(chēng)為化曲為直法。 2．某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1所示的裝置進(jìn)行“探究加速度與合外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。 (1)在實(shí)驗(yàn)中必須將長(zhǎng)木板右端墊高，目的是__平衡摩擦力____，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)小車(chē)能勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，表明已調(diào)好。 (2)為了減小誤差，每次實(shí)驗(yàn)必須通過(guò)改變鉤碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變小車(chē)所受合外力，獲取多組數(shù)據(jù)。若小車(chē)質(zhì)量為400g，實(shí)驗(yàn)中每次所用的鉤碼總質(zhì)量范圍應(yīng)選__A____組會(huì)比較合理。(填選項(xiàng)前的字母) A．10g～40g　 B．200g～400g 　 C．1000g～2000g (3)圖2中給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未標(biāo)出，由該紙帶可求得小車(chē)的加速度a＝__1.11m/s2____。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (4)改變鉤碼的個(gè)數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到加速度a與合外力F的關(guān)系如圖3所示，分析線段OA，可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是__在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比____。 解析：(1)實(shí)驗(yàn)中將長(zhǎng)木板右端墊高，是為了平衡摩擦力。 (2)為減少實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)滿足M?m，所以應(yīng)選A組鉤碼。 (3)a＝＝1.11m/s2 (4)由圖3可知，加速度與合外力成正比。 3．(福建省福州市八縣一中2016～2017學(xué)年高一上學(xué)期期末)某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖1所示的裝置探究牛頓第二定律，該小組在實(shí)驗(yàn)中確定的研究對(duì)象是小車(chē)，而且認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力等于沙桶和沙的總重力，也是小車(chē)所受的合外力。 (1)對(duì)該實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法中正確的是__CD____。 A．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的干電池組上，先接通電源，再放開(kāi)小車(chē) B．在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車(chē)在沙桶和沙的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦力 C．實(shí)驗(yàn)中必須使沙桶和沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量 D．細(xì)線對(duì)小車(chē)的真實(shí)拉力一定略小于沙桶和沙的總重力 (2)某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將已平衡好摩擦力的長(zhǎng)木板下面墊的小木片向遠(yuǎn)離定滑輪端移動(dòng)一段距離而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，那么描繪出來(lái)的a－F圖象應(yīng)是圖2中的哪一個(gè)？__B____ (3)如圖3所示是某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，O、A、B、C、D為在紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)，所用交變電源的頻率為50Hz，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：OA＝2.40cm，AB＝2.81cm，BC＝3.24cm，CD＝3.64cm。則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝__0.344____m/s，該物體運(yùn)動(dòng)的加速度a＝__0.418____m/s2(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 解析：(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為6V以下的交流電源上，故A錯(cuò)誤；平衡摩擦力時(shí)，沙桶和沙不能掛在小車(chē)上，故B錯(cuò)誤；當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力大小等于沙和沙桶的總重力大小，故C正確；細(xì)線對(duì)小車(chē)的真實(shí)拉力一定略小于沙桶和沙的總重力，故D正確，故選C、D。 (2)長(zhǎng)木板下面墊的小木片向遠(yuǎn)離定滑輪端移動(dòng)一段距離，導(dǎo)致木板傾角減小，平衡摩擦力不夠，因此當(dāng)存在一微小拉力F時(shí)，物體的加速度為零，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。 (3)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.1s；所以有：vC＝＝m/s＝0.344m/s 根據(jù)Δx＝aT2有： a＝＝m/s2＝0.418m/s2。 能力提升 1．在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車(chē)前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過(guò)定滑輪并掛上砝碼盤(pán)，兩小車(chē)尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制裝置使小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)停止。 (1)在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使__小車(chē)與滑輪之間的細(xì)線水平(或與軌道平行)____；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量__遠(yuǎn)小于____小車(chē)的質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”、“等于”)。 (2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較兩小車(chē)的位移來(lái)比較小車(chē)加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)開(kāi)_兩車(chē)從靜止開(kāi)始作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且兩車(chē)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，據(jù)x＝at2知，x與a成正比____。 解析：(1)操作中為了使繩子上的拉力等于小車(chē)所受外力大小，應(yīng)該使小車(chē)與滑輪之間的細(xì)線水平(或與軌道平行)。 (2)在該實(shí)驗(yàn)中實(shí)際是：mg＝(M＋m)a，要滿足mg＝Ma，應(yīng)該使砝碼盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。 (3)在初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)中有x＝at2，若運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，則位移與加速度成正比。 2．(甘肅省蘭州一中2016～2017學(xué)年高一上學(xué)期期末)實(shí)驗(yàn)小組利用圖1來(lái)探究：“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。 (1)實(shí)驗(yàn)中使用的電火花計(jì)時(shí)器，應(yīng)接__B____電源。 A．交流4～6V　　　 B．交流220V (2)在實(shí)驗(yàn)中，得到一條打點(diǎn)的紙帶，如圖3所示，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則：小車(chē)加速度的表達(dá)式為a＝______。 (3)消除小車(chē)與水平木板之間摩擦力的影響后，可用小吊盤(pán)的總重力代替小車(chē)所受的拉力，則：小吊盤(pán)的m與小車(chē)總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的關(guān)系為_(kāi)_M?m____。 (4)在實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出如圖2所示的小車(chē)的加速度a和小車(chē)所受拉力F的圖象分別為圖中的直線Ⅰ和直線Ⅱ，下面給出了關(guān)于形成這種情況原因的四種解釋?zhuān)渲锌赡苷_的是__BC____。 A．實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力 B．甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了 C．實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力 D．乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了 解析：(1)電火花計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)使用交流電源，通常的工作電壓為220V，故B正確； (2)由勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得：a＝ (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，只有當(dāng)M?m時(shí)，才近似認(rèn)為F＝mg。 (4)甲圖象表明在小車(chē)的拉力為0時(shí)，小車(chē)的加速度大于0，說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度，即把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了，故A錯(cuò)誤，B正確。乙圖象說(shuō)明在拉力大于0時(shí)，物體的加速度為0，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，也就是沒(méi)有將長(zhǎng)木板的末端抬高或抬高不夠，故C正確，D錯(cuò)誤，故選B、C。 3．(山西大學(xué)附中2015～2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。已知小車(chē)質(zhì)量M＝214.6g，砝碼盤(pán)質(zhì)量m0＝7.8g，所使用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率f＝50Hz。其實(shí)驗(yàn)步驟是： A．按圖中所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置； B．調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車(chē)后，使小車(chē)能沿長(zhǎng)木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)； C．取下細(xì)繩和砝碼盤(pán)，記下砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m； D．將小車(chē)置于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器旁，先接通電源，再放開(kāi)小車(chē)，打出一條紙帶，由紙帶求得小車(chē)的加速度a； E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤(pán)，改變砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)B－D步驟，求得小車(chē)在不同合外力F作用下的加速度。 回答下列問(wèn)題： (1)按上述方案做實(shí)驗(yàn)，是否要求砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量？__否____(填“是”或“否”) (2)實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖2所示，由該紙帶可求得小車(chē)的加速度a＝__0.88____m/s2 (3)某同學(xué)將有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計(jì)的表格中，如下表， 次數(shù) 1 2 3 4 5 砝碼盤(pán)中砝碼的重力F/N 0.10 0.20 0.29 0.39 0.49 小車(chē)的加速度a/(ms－2) 0.88 1.44 1.84 2.38 2.89 他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫(huà)出a－F圖象(如圖3)，造成圖線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條最主要原因是__在計(jì)算小車(chē)所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤(pán)的重力____，從該圖線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是__砝碼盤(pán)的重力____，其大小為_(kāi)_0.08_N____。 解析：(1)當(dāng)小車(chē)勻速下滑時(shí)有：Mgsinθ＝f＋(m＋m0)g 當(dāng)取下細(xì)繩和砝碼盤(pán)后，由于重力沿斜面向下的分力Mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為(m＋m0)g，由此可知該實(shí)驗(yàn)中不需要砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。 (2)根據(jù)Δx＝aT2，運(yùn)用逐差法得，a＝m/s2＝0.88m/s2。 (3)由圖象可知，當(dāng)外力為零時(shí)，物體有加速度，這說(shuō)明在計(jì)算小車(chē)所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤(pán)的重力，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知該圖線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是砝碼盤(pán)的重力大小，橫坐標(biāo)一格表示0.02N，所以交點(diǎn)的大小為0.08N。