實驗四探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系(限時40分鐘)1.[2024·浙江杭州模擬]如圖甲為兩位同學設計的一個實驗裝置,用來探究一定質(zhì)量的小車其加速度與力的關系.其中電源為50Hz的交流電,一質(zhì)量為m0的光滑滑輪用一輕質(zhì)細桿固定在小車的前端,小車的質(zhì)量為M,砂和砂桶的質(zhì)量為m.(1)此實驗中正確的操作是.

A.實驗需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量mB.實驗前需要將帶滑輪的長木板右端墊高,以補償阻力C.小車靠近打點計時器,應先接通電源,再釋放小車D.為減小系統(tǒng)誤差,實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M(2)該同學在實驗中得到一條紙帶如圖乙所示,相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出,打點計時器所接交流電的頻率為50Hz,小車的加速度大小為m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

(3)孫華同學以小車的加速度a為縱坐標,力傳感器的示數(shù)F為橫坐標,畫出的a-F圖線與橫坐標軸的夾角為θ,且斜率為k,如圖丙所示,則小車的質(zhì)量為(用題中所給字母表示).

2.[2024·江蘇南通一中模擬]某實驗小組利用圖甲所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律.(1)下列實驗操作步驟正確的順序是.

①將掛有槽碼的細線繞過定滑輪系在滑塊上,滑塊移到光電門1右側(cè)某位置A處;②改變槽碼和滑塊質(zhì)量,重復實驗;③把氣墊導軌放在水平桌面上,將裝有遮光條的滑塊放在導軌上,打開氣源開關,調(diào)節(jié)導軌至水平;④多次改變光電門2的位置,滑塊每次都由A處靜止釋放,記錄t1和t2;⑤從A處由靜止釋放滑塊,記錄滑塊從光電門1運動到光電門2的時間t1和遮光條通過光電門2的遮光時間t2.(2)實驗記錄和處理的某組數(shù)據(jù)如下表:t1/s0.810.911.091.241.461.67t2/10-3s7.146.255.264.543.1t2/(s-請根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖乙中作出1t2-t1(3)根據(jù)圖像求得圖線的斜率k=s-2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

(4)實驗中,測得遮光條的寬度為d,滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M,槽碼的質(zhì)量為m,用槽碼的重力代替細線的拉力.已知重力加速度為g.在誤差允許范圍內(nèi),如果(3)中所求k滿足k=(用符號d、m、M、g表示),則驗證了牛頓第二定律.

(5)實驗小組發(fā)現(xiàn)圖線斜率的測量值總小于理論值,產(chǎn)生該系統(tǒng)誤差的原因是(寫出一個即可).

3.實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗.主要實驗步驟如下:①用游標卡尺測量遮光條的寬度d,用刻度尺測量光電門A、B之間的距離L;②用細線跨過定滑輪,細線一端與小車相連,另一端掛上托盤和砝碼,調(diào)節(jié)滑輪高度使滑輪右側(cè)細線與木板平行;③調(diào)節(jié)木板的傾角,使小車沿木板勻速下滑;④取下托盤和砝碼,測出托盤和砝碼的總質(zhì)量m;⑤取下托盤和砝碼后,讓小車從光電門A上方沿木板下滑,記錄遮光條通過光電門A、B的遮光時間分別為ΔtA、ΔtB,算出小車的加速度大小a;⑥改變砝碼的個數(shù),重復步驟③④⑤,得到多組托盤和砝碼的總質(zhì)量m1、m2、m3、…,以及對應的加速度a1、a2、a3、…⑦在坐標紙上描點作出a-m圖像.小車(含遮光條)的質(zhì)量用M表示,已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間,據(jù)此回答下列問題:(1)實驗過程中,必要的操作是(填正確選項前的字母).

A.需滿足M?m的條件B.遮光條的寬度要適當小一些C.小車每次必須從同一位置由靜止釋放(2)小車通過光電門1時的速度大小為vA=,小車的加速度大小為a=(用d、L、ΔtA和ΔtB表示).

(3)在坐標紙上作出的a-m圖像如圖乙所示,由圖像得到的結(jié)論為(填正確選項前的字母).

A.小車所受合外力一定,小車的加速度與其質(zhì)量成正比B.小車所受合外力一定,小車的加速度與其質(zhì)量成反比C.小車的質(zhì)量一定,小車的加速度與其所受合外力成正比(4)若圖乙中所得圖線的斜率為k,則小車(含遮光條)的質(zhì)量M=(用g和k表示).

4.[2024·廣東深圳模擬]某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置“探究牛頓第二定律”.長木板B靜止于水平桌面上,木板右側(cè)安裝有光電門1與定滑輪,物塊A上方裝有一寬度為d的擋光片,細線連接A后,平行于長木板繞過光滑的定滑輪與鉤碼連接.實驗操作步驟如下:①如圖甲所示,安裝好實驗器材;②在木板中間位置加裝光電門2,將木板左側(cè)適當墊高,細線上不掛鉤碼,輕推物塊,使得擋光片通過兩個光電門的擋光時間相等;③撤去光電門2,將物塊A靜置于長木板B上的O點,測出擋光片與光電門1之間的距離x0;④在細線右端懸掛一個質(zhì)量為m0的鉤碼,靜止釋放物塊A;⑤讀取擋光片通過光電門1的擋光時間;⑥再次將物塊A靜置于O點,在細線右端增加一個相同質(zhì)量的鉤碼,釋放物塊A,讀取擋光片通過光電門1的擋光時間;⑦重復操作⑥,得到多組擋光片通過光電門1的擋光時間Δt,與鉤碼數(shù)目n的數(shù)值.(1)步驟②中,將長木板左側(cè)適當墊高的目的是

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(2)小組成員根據(jù)步驟⑦中的數(shù)據(jù),以Δt2為縱坐標,以1n為橫坐標,作出Δt2-1n圖像如圖乙所示,則可測得當?shù)氐闹亓铀俣萭=,物塊A與擋光片的總質(zhì)量M=.(均用c、b、d、x5.[2024·江西九江模擬]某學習小組設計了圖甲所示裝置來探究物體質(zhì)量一定時加速度與合外力關系.主要實驗步驟如下:(1)如圖甲所示,裝置中光電門1、2之間的距離為h.開始時,左右兩側(cè)掛有兩個質(zhì)量都等于50g的小桶,兩小桶內(nèi)都裝有5個質(zhì)量都等于10g的鐵片;左側(cè)小桶A上固定著一質(zhì)量不計的擋光片,用游標卡尺測量擋光片的寬度,如圖乙所示,擋光片寬度d=mm;

(2)從左側(cè)小桶取出1個鐵片放入右桶中,接著釋放小桶,小桶A上的擋光片依次經(jīng)過光電門1和2,記錄擋光片遮光時間.重復上述過程,將左側(cè)小桶放入右側(cè)小桶中的鐵片總數(shù)量記為n;(3)某次實驗時,測得擋光片遮光時間分別為Δt1、Δt2,則可求得小桶A的加速度