第五講探究加速度與物體受力物體質(zhì)量的關(guān)系

第五講探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系知識梳理1.實(shí)驗(yàn)原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．2.實(shí)驗(yàn)器材小車、槽碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標(biāo)紙．3.實(shí)驗(yàn)過程(1)測量：用天平測量槽碼的質(zhì)量m′和小車的質(zhì)量m.(2)安裝：按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好．(3)平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑．(4)操作：①槽碼通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，取下紙帶，編號碼．②保持小車的質(zhì)量m不變，改變槽碼的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計(jì)算加速度a.④描點(diǎn)作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質(zhì)量m′不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．4.數(shù)據(jù)處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a.(2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫線，如果該線為過原點(diǎn)的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標(biāo)，eq\f(1,m)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫線，如果該線為過原點(diǎn)的直線，就能判定a與m成反比．5.注意事項(xiàng)(1)平衡摩擦力時(shí)：紙帶上的點(diǎn)間隔均勻表示小車做勻速運(yùn)動．(2)實(shí)驗(yàn)必須保證的條件：m?m′.(3)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車．6.誤差分析(1)實(shí)驗(yàn)原理不完善：本實(shí)驗(yàn)用槽碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)平衡摩擦力不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差．知識訓(xùn)練考點(diǎn)一、教材原型實(shí)驗(yàn)例1、“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)實(shí)驗(yàn)的五個步驟如下：a．將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并將一端固定在小車上；b．把細(xì)線的一端固定在小車上，另一端通過定滑輪與小桶相連；c．平衡摩擦力，讓小車做勻速直線運(yùn)動；d．接通電源后釋放小車，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，測出小桶(和沙)的重力mg，作為細(xì)線對小車的拉力F，利用紙帶測量出小車的加速度a；e．更換紙帶，改變小桶內(nèi)沙的質(zhì)量，重復(fù)步驟d的操作。按照實(shí)驗(yàn)原理，這五個步驟的先后順序應(yīng)該為：________(將序號排序)。(2)實(shí)驗(yàn)中打出的某一條紙帶如圖乙所示。相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s，由此可以算出小車運(yùn)動的加速度是________m/s2。(3)利用測得的數(shù)據(jù)，可得到小車質(zhì)量M一定時(shí)，運(yùn)動的加速度a和所受拉力F(F＝mg，m為沙和小桶的總質(zhì)量，g為重力加速度)的關(guān)系圖象如圖丙所示。拉力F較大時(shí)，a-F圖線明顯彎曲，產(chǎn)生誤差。若不斷增加沙桶中沙的質(zhì)量，a-F圖象中各點(diǎn)連成的曲線將不斷延伸，那么加速度a的趨向值為________(用題中出現(xiàn)物理量表示)。為避免上述誤差可采取的措施是________。A．每次增加桶內(nèi)沙子的質(zhì)量時(shí)，增幅小一點(diǎn)B．測小車的加速度時(shí)，利用速度傳感器代替紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C．將無線力傳感器捆綁在小車上，再將細(xì)線連在力傳感器上，用力傳感器讀數(shù)代替小車所受拉力D．在增加桶內(nèi)沙子質(zhì)量的同時(shí)，在小車上增加砝碼，確保沙和小桶的總質(zhì)量始終遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量【答案】(1)acbde(2)1.46(3)gC【解析】(1)按照實(shí)驗(yàn)原理，題中五個步驟的先后順序應(yīng)該為：acbde。(2)根據(jù)Δx＝aT2可知a＝eq\f(（8.62－4.24）×10－2,3×0.12)m/s2＝1.46m/s2。(3)實(shí)際小車所受拉力F實(shí)＜mg，對小車有F實(shí)＝Ma，對沙和小桶有mg－F實(shí)＝ma，聯(lián)立得a＝eq\f(mg,M＋m)＝eq\f(g,\f(M,m)＋1)，當(dāng)m遠(yuǎn)大于M時(shí)，a≈g。上述誤差是由細(xì)線拉力測量不準(zhǔn)確造成的，與m增加的快慢和a的測量無關(guān)，故A、B錯誤，C正確；D項(xiàng)沒有保證小車質(zhì)量一定，故D錯誤。課堂隨練訓(xùn)練1、用如圖所示的裝置驗(yàn)證牛頓第二定律．(1)除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________(選填正確選項(xiàng)的字母)．A．秒表 B．天平(含砝碼)C．彈簧測力計(jì) D．刻度尺(2)實(shí)驗(yàn)前補(bǔ)償阻力的做法是：把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，先不掛重物，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．用墊塊把木板一端墊高，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓小車以一定初速度沿木板向下運(yùn)動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做________運(yùn)動．(3)為使砂桶和砂的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動時(shí)受到的拉力，需滿足的條件是砂桶及砂的總質(zhì)量________小車的總質(zhì)量．(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)(4)實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分如圖所示．紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)沒有標(biāo)出．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源上．則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，小車的速度vB＝________m/s.多測幾個點(diǎn)的速度作出v－t圖像，就可以算出小車的加速度．(5)為研究加速度和力的關(guān)系，要保證________________的總質(zhì)量不變，改變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，重復(fù)做幾次實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來研究加速度和力的關(guān)系．(6)在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要保證砂和砂桶的質(zhì)量不變．若砂和砂桶的質(zhì)量m與小車的總質(zhì)量M間的關(guān)系不滿足第(3)問中的條件，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a和eq\f(1,M＋m)的圖線，則圖線應(yīng)如圖中的________所示(選填正確選項(xiàng)的字母)．【答案】(1)BD(2)勻速直線(3)遠(yuǎn)小于(4)0.44(0.43～0.45)(5)小車(6)C【解析】(1)利用天平測量質(zhì)量，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以計(jì)時(shí)，打出的紙帶需測量長度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C錯誤，B、D正確．(2)補(bǔ)償阻力是使小車拖動紙帶在木板上做勻速直線運(yùn)動．(3)為了使砂桶及砂的重力近似等于拉力，需要砂桶及砂的總質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量．(4)由中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于整個過程的平均速度，可得vB＝eq\f(AC,2T)＝eq\f(13.30－4.50×10－2,0.2)m/s＝0.44m/s(5)探究加速度a與外力F的關(guān)系時(shí)，需要保持小車的總質(zhì)量恒定不變．(6)在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，由于平衡了摩擦力，所以圖像過原點(diǎn)，且分別對小車和砂桶及砂受力分析，由牛頓第二定律可得mg－FT＝ma，F(xiàn)T＝Ma，解得mg＝(M＋m)a，整理解得a＝eq\f(mg,M＋m)，因?yàn)楸ＷC了砂和砂桶的質(zhì)量不變，所以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a－eq\f(1,M＋m)的圖線，不會發(fā)生彎曲，故選C.訓(xùn)練2、(2022·廣東選考模擬)某同學(xué)進(jìn)行“探究加速度與物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)器材按圖甲所示安裝好。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz。請完成下列相關(guān)內(nèi)容：(1)該同學(xué)在進(jìn)行平衡摩擦力的操作時(shí)，將木板墊高后，在________(選填“掛”或“不掛”)小吊盤(含砝碼)的情況下，輕推小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，得到了如圖乙所示的紙帶，則該同學(xué)平衡摩擦力時(shí)木板的傾角________(選填“過大”“過小”或“適中”)。(2)該同學(xué)按步驟(1)操作后，保持小車質(zhì)量不變，通過改變小吊盤中砝碼的質(zhì)量來改變小車受到的合外力，得到了多組數(shù)據(jù)。①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如下a－F圖像，則符合該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是________。②某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖丙所示，其中每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出，則對應(yīng)的小車加速度為________m/s2；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打E點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的小車速度為________m/s(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)?！敬鸢浮?1)不掛過大(2)①B②1.60.99【解析】(1)在平衡摩擦力時(shí)，小車在運(yùn)動方向上只受到摩擦力和重力的分力作用，所以不掛小吊盤(含砝碼)。由題圖乙可知紙帶上點(diǎn)間距隨小車的運(yùn)動不斷增大，說明小車做加速運(yùn)動，即平衡摩擦力過度，則該同學(xué)平衡摩擦力時(shí)木板的傾角過大。(2)①當(dāng)平衡摩擦力過度時(shí)，小車在F＝0時(shí)即具有加速度，故B圖像符合該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②由題意可知相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝5×0.02s＝0.1s根據(jù)逐差法可得小車的加速度為a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1－x2－x3,9T2)≈1.6m/s2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打E點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的小車速度為D、F間的平均速度，即vE＝eq\f(x5＋x6,2T)＝0.99m/s?？键c(diǎn)二、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)例1、(2020·北京高考)在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，做如下探究：(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，可利用圖1所示裝置進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細(xì)線，用板擦把兩條細(xì)線按在桌上，使小車靜止。抬起板擦，小車同時(shí)運(yùn)動，一段時(shí)間后按下板擦，小車同時(shí)停下。對比兩小車的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比。關(guān)于實(shí)驗(yàn)條件，下列正確的是：________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．小車質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同B．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同C．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同(2)某同學(xué)為了定量驗(yàn)證(1)中得到的初步關(guān)系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并得到小車加速度a與質(zhì)量M的7組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如下表所示。在圖2所示的坐標(biāo)紙上已經(jīng)描好了6組數(shù)據(jù)點(diǎn)，請將余下的一組數(shù)據(jù)描在坐標(biāo)紙上，并作出a-eq\f(1,M)圖像。次數(shù)1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)之前，需要思考如何測“力”。請?jiān)趫D3中畫出小車受力的示意圖。為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是：________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．使小車沿傾角合適的斜面運(yùn)動，小車受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C．無論小車運(yùn)動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車的運(yùn)動趨近于勻速運(yùn)動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力【答案】(1)B(2)圖見解析圖甲(3)圖見解析圖乙A【解析】(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，必須控制小車所受拉力相同，而讓小車的質(zhì)量不同，所以鉤碼質(zhì)量相同，故B正確。(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算出eq\f(1,M)的值，然后描點(diǎn)。作圖時(shí)，應(yīng)畫一條平滑曲線，使曲線過盡量多的點(diǎn)，不能落在線上的點(diǎn)應(yīng)大致均勻分布在線的兩側(cè)。a-eq\f(1,M)圖像如圖甲所示。(3)小車受力示意圖如圖乙所示。例2、使小車沿傾角合適的斜面運(yùn)動，此時(shí)小車所受重力沿斜面的分力大小剛好等于小車所受的摩擦力大小，則小車所受的合力可等效為只受繩的拉力，故A正確；若斜面傾角過大，則小車的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小車所受合力將大于繩的拉力，故B錯誤；由牛頓第二定律可知，只要小車加速運(yùn)動，砂和桶的重力就大于繩的拉力，故C錯誤；除讓小車的運(yùn)動趨近于勻速運(yùn)動外，當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和桶的質(zhì)量時(shí)，砂和桶的重力也近似等于繩的拉力，故D錯誤。某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪：輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N=5個，每個質(zhì)量均為0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時(shí)的st圖像如圖(b)所示：由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/m·s20.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出an圖像。從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。圖(b)圖(c)(5)利用an圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為kg(保留2位有效數(shù)字,重力加速度取g=9.8m·s2)。

(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號)

A．a(chǎn)n圖線不再是直線B．a(chǎn)n圖線仍是直線,但該直線不過原點(diǎn)C．a(chǎn)n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大【答案】(3)0.40(0.37~0.49均對)(4)an圖線見解析(5)0.45(在0.43和0.47范圍內(nèi)均對)(6)BC(2分)解析(3)小滑車釋放后做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動滿足x=at2 ①由圖(b)知，當(dāng)x=0.8m時(shí)，t=2.00s，代入①式解得a=0.40m/s2(5)描點(diǎn)作圖an圖線如圖:對鉤碼與小滑車組成的系統(tǒng)有nmg=(m'+5m)a由圖像知k=,解得m'=0.45kg。(6)若木板保持水平,則對系統(tǒng)由牛頓第二定律得nmgμ[m'+(Nn)m]g=(m'+Nm)a由此知圖線不過原點(diǎn)，且斜率增大，故B、C選項(xiàng)正確。例3、為了探究物體質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，甲、乙兩同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量，m0為滑輪的質(zhì)量．力傳感器可測出輕繩中的拉力大?。?1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作是________；A．將帶滑輪的長木板右端墊高，以補(bǔ)償阻力B．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量C．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄力傳感器的示數(shù)D．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M(2)甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)沒有畫出)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；(3)甲同學(xué)以力傳感器的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度a為縱坐標(biāo)，畫出的a—F圖像(如圖)是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)軸的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為________；(填寫字母)A．eq\f(1,tanθ) B．eq\f(1,tanθ)－m0C．eq\f(2,k)－m0 D．eq\f(2,k)(4)乙同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出如圖所示的a—F圖線，該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)存在的問題是________．(填寫字母)A．先釋放小車，后接通電源B．砂和砂桶的質(zhì)量m沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量MC．平衡摩擦力時(shí)木板沒有滑輪的一端墊得過高D．沒有補(bǔ)償阻力或補(bǔ)償阻力不夠【答案】(1)AC(2)2.00(3)C(4)D【解析】(1)用力傳感器測出拉力，從而表示小車受到的合外力，故需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以補(bǔ)償阻力，故A正確；拉力可以由力傳感器測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故B、D錯誤；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車，故C正確．(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動推論Δx＝aT2，依據(jù)逐差法，可得a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)≈2.00m/s2(3)由牛頓第二定律，對小車分析有2F＝(M＋m0)a，整理得a＝eq\f(2,M＋m0)F，由圖像得k＝eq\f(2,M＋m0)解得M＝eq\f(2,k)－m0，故選C.(4)如題圖所示，當(dāng)拉力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)才產(chǎn)生了加速度，說明沒有補(bǔ)償阻力或沒有完全補(bǔ)償阻力，故選D.課堂隨練訓(xùn)練1、(2021·高考湖南卷，T11)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)用游標(biāo)卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm。(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平。(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊，改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度。(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應(yīng)的加速度a。(5)右支點(diǎn)下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復(fù)步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn)，繪制圖線。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應(yīng)該是________m/s2(保留3位有效數(shù)字)?！敬鸢浮?1)1.02(5)見解析圖0.345(±0.02均正確)【解析】(1)墊塊的厚度為h＝1cm＋2×0.1mm＝1.02cm。(5)繪制圖線如圖，由圖可知，第4組數(shù)據(jù)中的加速度a為0.345m/s2。訓(xùn)練2、如圖是探究加速度與力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置．提供器材如下：帶有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電門2個、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶擋光片的滑塊(其上可放砝碼)、砝碼盤(質(zhì)量5g)、質(zhì)量5g的砝碼5個．實(shí)驗(yàn)步驟：①固定光電門，測出光電門間的距離；調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，將滑塊用細(xì)線跨過輕質(zhì)滑輪與砝碼盤相連；②將5個砝碼放到滑塊上，釋放滑塊，測出其經(jīng)過光電門1和2的擋光時(shí)間；③取滑塊上一個砝碼放入砝碼盤，釋放滑塊，測出擋光時(shí)間；④再次取滑塊上一個砝碼，依次重復(fù)上述操作，直至將5個砝碼全部轉(zhuǎn)移到砝碼盤．(1)實(shí)驗(yàn)小組想用如圖甲所示的游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度，游標(biāo)尺共有10格，與主尺的29格(29mm)等長，則該游標(biāo)卡尺的精確度為________mm，實(shí)驗(yàn)小組先用該尺練習(xí)一下讀數(shù)，如圖乙所示，讀數(shù)為________cm.(2)描點(diǎn)作圖分析加速度與力的關(guān)系．如圖丙是用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的a－F圖像．錯誤圖像形成的原因可能是________．A．滑塊釋放時(shí)具有一定的初速度B．繪制a－F圖像時(shí)，將砝碼盤中的砝碼重量作為合力FC．滑塊上固定的擋光片發(fā)生傾斜(3)依據(jù)圖丙計(jì)算出滑塊的質(zhì)量為________g．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)【答案】(1)0.11.05(2)B(3)195【解析】(1)該游標(biāo)卡尺的精確度為0.1mm，讀數(shù)為1cm＋0.1mm×5＝1.05cm(2)根據(jù)牛頓第二定律a＝eq\f(F,m)知，加速度和合外力成正比，a－F圖像應(yīng)該是過原點(diǎn)的一條直線．題圖丙不是過原點(diǎn)的一條直線，形成原因可能是繪制a－F圖像時(shí)，將砝碼盤中的砝碼重力作為合力F，沒有考慮砝碼盤(質(zhì)量5g)本身的質(zhì)量，使得實(shí)際的合力比繪制a－F圖像時(shí)的合力偏大，故選B；(3)設(shè)滑塊的質(zhì)量是M，砝碼盤質(zhì)量m0，砝碼的質(zhì)量為m，細(xì)線上的拉力為FT，據(jù)牛頓第二定律，對砝碼盤及砝碼(m＋m0)g－FT＝(m＋m0)a對滑塊FT＝Ma可得加速度a＝eq\f(mg,m＋m0＋M)＋eq\f(m0g,m＋m0＋M)＝eq\f(F,m＋m0＋M)＋eq\f(m0g,m＋m0＋M)即題圖丙中圖像斜率為eq\f(1,m＋m0＋M)，有eq\f(1,m＋m0＋M)＝eq\f(1.35－0.24,0.25)kg－1＝4.44kg－1則m＋m0＋M≈225g由題知當(dāng)F＝25×10－2N時(shí)，即5個砝碼全部轉(zhuǎn)移到砝碼盤，這時(shí)砝碼盤及砝碼的質(zhì)量m＋m0＝30g，所以滑塊的質(zhì)量M＝195g.訓(xùn)練3、(2020·7月浙江選考，T17)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖1甲是教材中的實(shí)驗(yàn)方案；圖1乙是拓展方案，其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：①掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；②取下托盤和砝碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；③改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a－F的關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)獲得如圖2所示的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個點(diǎn)未畫出，則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd＝________m/s(保留2位有效數(shù)字)。(2)需要滿足條件M?m的方案是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時(shí)，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)?！敬鸢浮?1)0.19(2)甲甲和乙【解析】(1)相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝5×0.02s＝0.10s，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd＝eq\f(xce,2T)＝eq\f(36.10－32.40,2×0.10)×10－2m/s≈0.19m/s。(2)在圖甲中把托盤和砝碼的重力視為小車受到的拉力，需要滿足條件M?m；在圖乙中掛上托盤和砝碼，使小車勻速向下運(yùn)動，受力平衡，去掉托盤和砝碼，小車所受的合外力F等于托盤和砝碼的重力mg。所以需要滿足條件M?m的方案是甲。在作a－F圖像時(shí)，把mg作為F值的是甲和乙。同步訓(xùn)練1、(2021·四川省廣元市高三下第三次適應(yīng)性統(tǒng)考)如圖甲所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，鉤碼的質(zhì)量為m1，小車和砝碼的質(zhì)量為m2，重力加速度為g。(1)下列說法正確的是________。A．每次在小車上加減砝碼時(shí)，應(yīng)重新平衡摩擦力B．實(shí)驗(yàn)時(shí)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先釋放小車后接通電源C．本實(shí)驗(yàn)m2應(yīng)遠(yuǎn)小于m1D．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若長木板水平，他測量得到的eq\f(1,m2)-a圖象如圖乙所示，設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，則小車與長木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(用給出的字母表示)。(3)實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶如圖丙所示，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s，紙帶上只測出了兩組數(shù)據(jù)，圖中長度單位是cm，由此可以算出小車運(yùn)動的加速度大小a＝________m/s2?！敬鸢浮?1)D(2)eq\f(b,gk)(3)0.46【解析】(1)每次在小車上加減砝碼時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，A錯誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先接通電源后釋放小車，B錯誤；本實(shí)驗(yàn)為了使得鉤碼的重力近似等于小車的牽引力，則m2應(yīng)遠(yuǎn)大于m1，C錯誤；調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行，使小車受到細(xì)線的拉力等于小車受到的合力，D正確。(2)當(dāng)m1遠(yuǎn)小于m2時(shí)，由牛頓第二定律可知m1g－μm2g＝m2a，即eq\f(1,m2)＝eq\f(1,m1g)a＋eq\f(μ,m1)，則k＝eq\f(1,m1g)，b＝eq\f(μ,m1)，聯(lián)立解得μ＝eq\f(b,gk)。(3)根據(jù)Δx＝aT2，得(2.62－1.24)×10－2m＝3aT2，解得a＝0.46m/s2。2、(2022·山西省長治市高三上9月質(zhì)量檢測)某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測定物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)。先接通電源再釋放物塊，打出一