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1、专题12 实验_探究加速度与力、质量的关系1实验步骤（1）用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m，把数据记录在表格中；（2）把实验器材安装好，平衡摩擦力；（3）在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量m记录在表格中；（4）保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做5次实验；（5）算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中；（6）用纵坐标表示加速度a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力mg，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线；（7）用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。2注意事项（1）平衡摩擦力：适当垫高木板的右端
2、，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动；（2）不重复平衡摩擦力；（3）实验条件：mm；（4）一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。3误差分析（1）因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力；（2）摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差；4数据处理（1）利用x=aT2及逐差法求a；（
3、2）以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比；（3）以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比。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，单个砝码质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮轻质。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，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改变砝码的数量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的
4、加速度。根据以上实验过程，回答以下问题：（1）对于上述实验，下列说法正确的是A砝码的质量应远小于小车的质量B实验过程中砝码处于超重状态C与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D弹簧测力计的读数应为砝码重力的一半（2）实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a=_m/s2。（结果保留两位有效数字），若交流电的实际频率大于50 Hz，则上述计算结果与实际值相比_（选填“偏大”、“偏小”或“相同”）（3）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是_。【参考答案】（1）C （2）0.88 偏小 （3）A【详细解析】（1）由图可知，实验装置里有
5、弹簧测力计，绳子的拉力可以通过弹簧测力计读出，不需要砝码的质量应远小于小车的质量，故A错误；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故B错误；小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故D错误；（3）由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故A符合。1某同学设计了如图甲所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系。将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F0。
6、再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F1。释放小车，记录小车运动时传感器的示数F2。（1）接通频率为50 Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。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，则小车的加速度a=_m/s2。（保留两位有效数字）（2）同一次实验中，F1_F2（选填“”）（3）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系如图丙。不计纸带与计时器间的摩擦。图象中F是实验中测得的AF1 BF2 CF1F0 DF2F0【答案】（1）0.16 （2） （3）D【解析】（1）从比较清晰的点起，每5个点取一个计
7、数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s，根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小，得：；故D正确；故选D。【名师点睛】本题借助实验考查了匀变速直线的规律以及推论的应用，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题能力。解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚。为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图所示实验装置。（1）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是A将木板带滑轮的那端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B将木板带滑轮的那端适当垫高，使小车在钩码拉
8、动下恰好做匀加速运动C将木板固定打点计时器的那端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动D将木板固定打点计时器的那端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动（2）如图所示，在纸带上取7个计数点A、B、C、D、E、F、G，两相邻计数点间的时间间隔为T=0.10 s，相邻两计数点间距离如图所示（单位cm），则小车运动的加速度大小a =_m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）要用钩码总重力代替小车所受的拉力，此时钩码质量m与小车总质量M之间应满足的关系为_。【参考答案】（1）C （2）0.50 （3）mM【详细解析】（1）平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让重力
9、沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力。所以平衡时应为：将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，C正确。 ，只有当时，。1林玲同学利用图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。（1）下列做法正确的是_。（填字母代号）A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B在调节木板的倾斜度来平衡木块所受的摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜度（2）林玲、洪红两同学在同一实验室，各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研
10、究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图乙中I、两条直线。设两同学用的木块质量分别为mI、m，用的木块与木板间的动摩擦因数分别为I、，则由图可知，mI _m，I _。（选填“大于”“小于”或“等于”）【答案】（1）AD （2）小于 大于（2）当没有平衡摩擦力时有：Tf=ma，故，即图线斜率为，纵轴截距的大小为g。观察图线可知m1小于m2，大于。 1（1）某同学在实验室探究加速度a与合外力F和质量m的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_。b使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是
11、使拉小车的力近似等于_。（2）该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A利用公式计算；B根据利用逐差法计算。两种方案中，你认为选择方案_比较合理。2探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连。 甲 乙 （1）该同学在实验中打出了一条纸带，纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算：打C点时纸带的速度大小为_ m/s；纸带运动的加速度大小为_ m/s2（结果保留3位有效数字）。（2）若该同学平衡好摩擦力后，将5个相同的
12、砝码都放在小车上，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，根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的aF图线来探究加速度与合外力的关系，此实验操作_（选填“能”或“不能”）探究加速度与质量的关系。3如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。图中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，P的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出测力计对应读数F，不计绳与滑轮的摩擦。（1）电火花打点计时器工作电压为_流（选填“交”或“直”）_V。（2）下列说法正确的是A一端带有定
13、滑轮的长木板必须保持水平B实验时应先接通电源后释放小车C实验中m2应远小于m1D测力计的读数始终为m2g/24在“验证牛顿第二定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，砂和砂桶的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出。（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电。改变砂桶中砂子的多少，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经
14、穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是AM=200 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 gBM=200 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM=400 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 gDM=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g（3）已知
15、打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用下图给出的数据可求出小车运动的加速度a=_m/s2。（结果保留三位有效数字）5（1）某小组测量木块与木板间动摩擦因数，实验装置如图甲所示。测量木块在水平木板上运动的加速度a。实验中打出的一条纸带如图乙所示。从某个清晰的点O开始，每5个打点取一个计数点，依次标出1、2、3，量出1、2、3点到O点的距离分别为s1、s2、s3，从O点开始计时，1、2、3点对应时刻分别为t1、t2、t3，求得 ，。作出图象如图丙所示。图线的斜率为k，截距为b。则木块的加速度a=_；b的物理意义是_。 （2）实验测得木块的加速度为a，还测得
16、钩码和木块的质量分别为m和M，已知当地重力加速度为g，则动摩擦因数=_。（3）关于上述实验，下列说法中错误的是A木板必须保持水平B调整滑轮高度，使细线与木板平行C钩码的质量应远小于木块的质量D纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素6为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，A、B两同学设计了如图甲所示的实验装置。其中小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m，与小车相连的滑轮的质量为m0。力传感器可测出轻绳中的拉力大小，重力加速度为g。实验时先平衡摩擦力。学.（1）A同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可
17、求出小车的加速度大小为_m/s2（结果保留三位有效数字）。（2）A同学以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的Fa图象如图丙所示，求得图线的斜率为k，则小车的质量M=_（用所给物理量的符号表示）.（3）B同学也以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的Fa图象如图丁所示，图线不过原点的原因可能是_。（答一条即可）7某研究性学习小组分别用如图甲所示的装置进行以下实验：“探究加速度与合外力的关系”。装置中，小车质量为M，砂桶和砂的总质量为m，通过改变m来改变小车所受的合外力大小，小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出。现保持小车质量M不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量m进行多次实
18、验，得到多组a、F值（F为弹簧测力计的示数）。（1）为了减小实验误差，下列做法正确的是A需平衡小车的摩擦力B砂桶和砂的总质量要远小于小车的质量C滑轮摩擦足够小，绳的质量要足够轻D先释放小车，后接通打点计时器的电源（2）某同学根据实验数据画出了如图乙所示的一条过坐标原点的倾斜直线，其中纵轴为小车的加速度大小，横轴应为A B C D（3）当砂桶和砂的总质量较大导致a较大时，图线A逐渐偏向纵轴B逐渐偏向横轴C仍保持原方向不变（4）图丙为上述实验中打下的一条纸带，A点为小车刚释放时打下的起始点，每两点间还有四个计时点未画出，测得AB=2.0 cm、AC=8.0 cm、AE=32.0 cm，打点计时器的
19、频率为50 Hz，小车的加速度为_m/s2。8（2016全国新课标卷）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时
20、刻t相对于其起始位置的位移s，绘制st图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的st图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。n123450.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出an图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用an图象求得小车（空载）的质量为_kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 m/s2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_（填入正确选项前的标号）Aan图线不再是直线B
21、an图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大9（2014新课标全国卷）某同学利用图（a）所示实验装置即数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示，实验中小车（含发射器）的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：图（a） 图（b）（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 （选填“线性”或“非线性”）的关系。（2）由图（b）可知，图线不经过原点，可能的原因是 。（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论
22、，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ，钩码的质量应满足的条件是 。1（1）平衡摩擦力 （2）砂桶的重力 （3）B速度大小，故选B。2（1）0.479 0.810 （2）不能【解析】（1）每相邻两点间还有4个点（图中未画），所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得：根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小，为了更加准确的求解加速度， （2）要探究加速度与质量的关系，必须保证合外力一定，即盘中砝码的重力不变，所以此操作不能探究加速度与质量的关系。3（1）交 220 （2）B 4
23、（1）B （2）C （3）1.58【解析】（1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，需要平衡摩擦力，其方法是：将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，故B正确；（2）为了使砂和砂桶的重力等于小车所受的拉力，应满足，故选C；（3）根据x=aT2，运用逐差法得： 。5（1）2k O点的瞬时速度 （2） （3）C【解析】（1）图线纵轴截距是0时刻对应的速度，即表示O点的瞬时速度，各段的平均速度表示各段中间时刻的瞬时速度，以平均速度为纵坐标，相应的运动时间t的一半为横坐标，即的图象的斜率表示
24、加速度a，则图象的斜率的2倍表示加速度，即a=2k；（2）对木块、砝码盘和砝码组成的系统，由牛顿第二定律得：，解得：（3）木板必须保持水平，则压力大小等于重力大小，故A正确；调整滑轮高度，使细线与木板平行，拉力与滑动摩擦力共线，故B正确；C钩码的质量不需要远小于木块的质量，因选取整体作为研究对象的，故C错误；纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素，故D正确；本题选错误的，故选C。【名师点睛】解决本题的关键是掌握纸带的处理方法，会通过vt图象求解加速度；正确选择研究对象，应用牛顿第二定律即可求出动摩擦因数。6（1）1.80 （2）2k m0 （3）平衡摩擦力过度（3）根据F等于零，加速度不
25、为零，分析图线不过原点的原因，可知实验中平衡摩擦力过度。7（1）AC （2）D （3）C （4）4【解析】（1）本实验中弹簧秤的示数即为绳子的拉力，不需要用砂和砂桶的总重力代替绳子拉力，所以不需要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，所以 B错误；又因为滑轮摩擦和绳子的重力会影响示数，所以滑轮摩擦足够小，绳的质量要足够轻，实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作，以保证小车所受合外力恰好是绳子的拉力，实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故AC正确；D错误；（2）对小车分析，应有F=ma，解得：，由于图线经过坐标原点，所以横轴应
26、为F，故D正确；（3）由于图象的斜率为k=1M，所以增大砂和砂桶质量，k不变，仍保持原方向不变，所以C正确；（4）纸带上面每打一点的时间间隔是0.02 s，且每两个记数点间还有四个计时点未画出，所以T=0.1 s，连续相等时间内的位移差为x=4 cm=0.04 m，根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可得：a=4 m/s2。8（3）0.39 （4）如图所示 （5）0.45 （6）BC【解析】（3）因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，故将（2，0.78）代入可得。（4）根据描点法可得如图所示图线（5）根据牛顿第二定律可得，代入m=0.010 kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得。（6）因为如果不平衡摩擦力，则满足的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，A错误，B正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故C正确。9（1）非线性 （2）存在摩擦力 （3）调整轨道倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车质量16
全国通用高考物理考点一遍过专题12实验探究加速度与力质量的关系含解析110231
