《 备考指南 物理 》课件-第3章 实验4

第三章实验四知识巩固练习1．(2021年德州检测)如图所示为“探究加速度与物体受力和质量的关系”实验装置图．图中A为小车，B为装有砝码的托盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花计时器相连，计时器接50Hz交流电．小车的质量为m1，托盘(及砝码)的质量为m2.(1)下列说法中正确的是________．A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力B．实验时应先释放小车后接通电源C．本实验m2应远大于m1D．在用图像探究加速度与质量的关系时，应作a－eq\f(1,m1)图像(2)实验时，某同学因疏忽遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图像如图所示，可能是图中的图线________．(填“甲”“乙”或“丙”)【答案】(1)D(2)丙【解析】(1)平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有f＝mgsinθ＝μmgcosθ，m约掉了，故不需要重新平衡摩擦力，A错误；实验时应先接通电源后释放小车，故B错误；让小车的质量m1远大于托盘(及砝码)的质量m2，因为绳子的拉力F＝m1a＝eq\f(m1,m1＋m2)m2g，故应该是m2≪m1，故C错误；F＝m1a，所以a＝eq\f(1,m1)F，当F一定时，a与eq\f(1,m1)成正比，故D正确．(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时物体不动的情况．故图线为丙．2．(2021年长春质检)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统，以此获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的总质量为m2，重力加速度为g.(1)下列说法正确的是______．A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C．本实验m2应远小于m1D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a－eq\f(1,m2)图像(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F＝m1g，作出a－F图像，他可能作出图2中____(填“甲”“乙”或“丙”)图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大(3)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的eq\f(1,m2)－a图像为图3.设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ＝________.【答案】(1)D(2)丙C(3)eq\f(b,gk)【解析】(1)平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有f＝mgsinθ＝μmgcosθ，约去了m，每次在小车上加减砝码时，不需要重新平衡摩擦力，故A错误．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误．让小车的质量m2远大于钩码的质量m1，因为实际上绳子的拉力F＝m2a＝eq\f(m1g,1＋\f(m1,m2))，故应该是m1≪m2，故C错误．由牛顿第二定律F＝ma，所以a＝eq\f(F,m)，在用图像探究小车的加速度与质量的关系时，通常作a－eq\f(1,m2)图像，故D正确．(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时物体不动的情况，故可能作出图2中的丙图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C．(3)根据牛顿第二定律可知m1g－μm2g＝m2a，变形eq\f(1,m2)＝eq\f(μ,m1)＋eq\f(1,m1g)a，结合eq\f(1,m2)－a图像可得，斜率k＝eq\f(1,m1g)，截距b＝eq\f(μ,m1)，所以小车与木板间的动摩擦因数为μ＝eq\f(b,gk).综合提升练习3．为了测量滑块与长木板之间的动摩擦因数μ，某实验小组设计了如图甲所示的实验装置，交流电的频率为f，重力加速度为g，细绳质量忽略不计．甲(1)在该实验中，下列哪些操作是实验中必不可少的__________．A．垫高长木板右端，以平衡摩擦力B．用天平测出滑块与滑轮1的总质量MC．保证钩码总质量m远小于滑块与滑轮1的总质量MD．记录滑块滑动时弹簧测力计的示数F(2)该实验小组在某次实验中得到了如图乙所示的一条纸带，请根据纸带上测量的所有数据和题干给出的相关数据推算出滑块加速度的大小为________(用题目给定的字母表示)．乙(3)若该实验小组改变钩码的总质量m做了多次实验，记录了每次实验弹簧测力计的示数F并计算出该示数下滑块加速度a，发现a－F图像是一条如图丙所示的直线，直线与纵轴的交点为(0，－a0)，则滑块与长木板之间的动摩擦因数可表示为__________(用题目给定的字母表示)；由于其他摩擦的影响，该动摩擦因数的测量值比真实值__________(填“偏大”或“偏小”)．丙【答案】(1)D(2)eq\f([s3＋s4－s1＋s2]f2,6)(3)eq\f(a0,g)偏大【解析】(1)该实验中不需要垫高长木板右端平衡摩擦力，A错误；对滑块与滑轮1分析可知2F－μMg＝Ma，可得a＝eq\f(2,M)F－μg，若作出a－F图像，可由截距求解动摩擦因数，则也没必要用天平测出滑块与滑轮1的总质量M，B错误；因由弹簧测力计测量拉力，则不需要保证钩码总质量m远小于滑块与滑轮1的总质量M，C错误；由B的分析可知，必须要记录滑块滑动时弹簧测力计的示数F，D正确．(2)根据Δx＝aT2可得s3－s1＝3a1T2，s4－s2＝3a2T2，则加速度a＝eq\f(1,2)(a1＋a2)＝eq\f(s3＋s4－s1＋s2,6T2)＝eq\f([s3＋s4－s1＋s2]f2,6).(3)根据(1)的B分析可知a＝eq\f(2,M)F－μg，则结合图像可知μg＝a0，即μ＝eq\f(a0,g)，由于其他摩擦的影响，该动摩擦因数的测量值比真实值偏大．4．如图甲所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力．不计空气阻力及一切摩擦．甲(1)在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，操作时必须满足________________；要使小车所受合外力一定，操作时必须满足________________________．实验时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门B处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t.改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图像是________．(2)如图乙所示，抬高长木板的左端，使小车从靠近光电门B处由静止开始运动，读出测力计的示数F和小车在两光电门之间的运动时间t，改变木板倾角，测得多组数据，得到的F－eq\f(1,t2)的图像如图丙所示．乙丙实验中测得两光电门的距离L＝0.80m，砂和砂桶的总质量m1＝0.34kg，重力加速度g取9.8m/s2，则图线的斜率为________(结果保留2位有效数字)；若小车与长木板间的摩擦不能忽略，测得的图线斜率将________(填“变大”“变小”或“不变”)．【答案】(1)小车与滑轮间的细绳与长木板平行沙和沙桶的总质量远小于小车的质量C(2)0.54kg·m或0.54N·s2不变5．(2020年浙江卷)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： 甲 乙①挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；②取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系．(1)实验获得如图所示的