学生实验课时教案

实验：探究加速度与力、质量的关系

1．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

g。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N–n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刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s–t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s–t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。

n 1 0.20 2

3 0.58 4 0.78 5 1.00 a/ms2

（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a–n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。

2（5）利用a–n图象求得小车（空载）的质量为_______ g（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 m/s）。

（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）

A．a–n图线不再是直线

B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

2．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，am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，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

。

3．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 H ，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（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/s。（结果保留两位有效数“偏小”或“相同”）

字），若交流电的实际频率大于50

H ，则上述计算结果与实际值相比____（选填“偏大”、。

（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_____。

4．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。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 H 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2计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度a=________m/s。（保留两位有效数字）

（2）同一次实验中，F1________F2（选填“<”、“=”或“>”）。

（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______________。

A．F1

B．F2

C．F1–F0

D．F2–F0

5．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2两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/s（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_________。6．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，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图乙中I、Ⅱ两条直线。设两同学用的木块质量分别为mI、mⅡ，用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μI、μⅡ，则由图可知，mI ________mⅡ，μI ________μⅡ。（选填“大于”“小于”或“等于”）

7．（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aB．根据a2x计算；

t2x利用逐差法计算。

T2两种方案中，你认为选择方案________比较合理。

8．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 H ，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：

①打C点时纸带的速度大小为_____ m/s；

②纸带运动的加速度大小为____ m/s（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a–F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。

9．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。

2

（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m1 D．测力计的读数始终为m2g/2 10．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_______________。

A．M=200 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g B．M=200 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M=400 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g D．M=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g （3）已知打点计时器使用的交流电频率为50 H ，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2据可求出小车运动的加速度a=______m/s。（结果保留三位有效数字）

11．（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v1s3s1s2

v2，v3，…。作出vt图象如图丙所示。图线的斜率为

，截距为b。则木块的加速度t1t2t3a=______；b的物理意义是____。

（2）实验测得木块的加速度为a，还测得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μ=____。

（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

12．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。

（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2用的是频率为50 H 的交流电，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s（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F–a图象如图丙所示，求得图线的斜率为

，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F–a图象如图丁所示，图线不过原点的原因可能是_____________________________。（答一条即可）

13．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．11

B．

C．mg

D．F

Mm（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

A点为小车刚释放时打下的起始点，（4）图丙为上述实验中打下的一条纸带，每两点间还有四个计时点未画出，2测得AB=2.0 cm、AC=8.0 cm、AE=32.0 cm，打点计时器的频率为50 H ，小车的加速度为____m/s。