實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系-文庫吧資料
2025-02-10 22:27本頁面
【正文】 后木塊連續(xù)運動一段距離的一段紙帶，紙帶運動方向如箭頭所示 . （ g 取 10 m/s2） （甲） （乙） 回答下列問題： （ 1 ）在本實驗方案中，在不可伸長的細(xì)線上掛五個鉤碼，使它們依次落地，而不用某個與五個鉤碼重量相同的一個鉤碼代替，這樣做的目的是什么？ ____ ___ . （ 2 ）根據(jù)所提供紙帶上的數(shù)據(jù)，判斷第五個鉤碼落地可能出現(xiàn)在紙帶上的哪一段？ _____ ______________ . （ 3 ）木塊做勻減速運動時對應(yīng)紙帶上的計數(shù)點從 D 11 點到 D 15點 . 根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，求木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ = ___________ . （ 4 ）若每個鉤碼的質(zhì)量均為 m 0 = 5 kg ，則木塊的質(zhì)量M = _____________ kg. （ 5 ）簡要分析所提供紙帶上的數(shù)據(jù)，說明 “ 力越小速度就越小 ” 的觀點是否正確？ _____ __________________ . 思路點撥：本題是將驗證牛頓第二定律的實驗原理和探究直線運動的速度隨時間的變化規(guī)律、測定勻變速直線運動的加速度的實驗原理巧妙綜合起來 . 考查學(xué)生對木塊在變力作用下的運動實驗的理解及實驗數(shù)據(jù)的分析、處理能力 . 從實驗操作的題意和紙帶標(biāo)出的計數(shù)點，判斷出各段表示的木塊運動情況，進(jìn)而聯(lián)系到木塊的受力情況，求加速度 . 解析：（ 1 ）木塊在五個鉤碼的拉力作用下，先加速運動，隨著鉤碼先后依次落地，繩對木塊的拉力逐漸減小，木塊所受繩的拉力和摩擦力的合力先減小，此時，對應(yīng)紙帶上的 D 1 ~ D 7 段部分，做加速度減小的加速運動；題中說“ 第四個、第五個鉤碼之間的距離 最大 ” 與紙帶上 D 7 ~ D 1 0段勻速、 D 1 0 ~ D 1 1 變短、 D 1 1 ~ D 1 5 段表示勻減速運動，結(jié)合起來考慮，就可形成木塊正確的整個運動過程 . 在不可伸長的細(xì)繩上掛五個鉤碼，目的是使木塊做加速運動，使受到的拉力逐漸減小 . （ 2 ）由（ 1 ）分析知，第五個鉤碼落地出現(xiàn)在 D 1 0 ~ D 1 1 . （ 3 ）由（ 1 ）分析知， D 1 1 ~ D 1 5 段為勻減速運動 Δ x =13121211DDDD ?= cm . ∴ a =222????Tx m /s2=5 m /s2. 由 F = ma 得 μ M g = M a ， ∴ μ =ga=. （ 4 ）在勻速運動時，繩上只有一個鉤碼，由平衡條件得 m 0 g = μ M g ， ∴ M =?0m= kg . （ 5 ）從 D 1 ~ D 8 段知，木塊受力越來越小，但運動速度越來越大，故 “ 力越小速度就越小 ” 的觀點是不正確的 . 答案：（ 1 ）通過鉤碼逐個落地來減小木塊受的拉力 （ 2 ） D 1 0 ~ D 1 1 或圖中 2 cm 段 （ 3 ） （ 4 ） （ 5 ）鉤碼逐個落地階段即 D 1 ~ D 8 段，木塊受力越來越小，但相鄰兩點間的距離越來越大，即速度越來 越大，所以 “ 力越小速度就越小 ” 的觀點是不正確的 針對訓(xùn)練 3 － 1 ：現(xiàn)要驗證 “ 當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比 ” 這一物理規(guī)律 . 給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面（如圖 3 － 3 － 10 ）、小車、計時器一個、米尺 . 圖 3 － 3 － 10 （ 1 ）填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下實驗步驟（不考慮摩擦力的影響）： ① 讓小車自斜面上方一固定點 A 1 從靜止開始下滑至斜面底端 A 2 ，記下所用的時間 t . ② 用米尺測量 A 1 與 A 2 之間的距離 x ，則小車的加速度 a = _____________ . ③ 用米尺測量 A 1 相對于 A 2 的高 度 h . 設(shè)小車所受重力為 mg ，則小車所受合外力 F = _____________ . ④ 改變 _______________ ，重復(fù)上述測量 . ⑤ 以 h 為橫坐標(biāo)， 1/ t2為縱坐標(biāo)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖 . 如能得到一條過原點的直線，則可以驗證 “ 當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比 ” 這一規(guī)律 . （ 2 ）在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中，某同學(xué)設(shè)計的方案是： ① 調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑 . 測量此時 A 1 點相對于斜面底端 A 2 的高度 h 0 . ② 進(jìn)行（ 1 ）中的各項測量 . ③ 計算與作圖時用（ h － h 0 ） 代替 h . 對此方案有以下幾種評論意見： A. 方案正確可行 B. 方案的理論依據(jù)正確，但利用所給器材無法確定小車在斜面上是做勻速運動 C. 方案的理論依據(jù)有問題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān)其中合理的意見是 _______________ . 解析：（ 1 ） ② 由 x =21at2得： a =22tx. ③ 小車在斜面上受重力和支持力作用，其合力 F = mg sin α = mgxh. ④ 改變小車所受合外力來研究加速度與力的關(guān)系，改變受力又是通過改變斜面傾角（或斜面高度 h ）來實現(xiàn)的 . （ 2 ）此方案不可行，如果在 ① 測量中，使小車在斜面上勻速下滑，則滿足 mg sin α = μ mg cos α ，即 μ =tan α ，此后，無論如何改變小車質(zhì)量，小車都不可能加速下滑，即無法驗證加速度與合外力的關(guān)系 . 答案：（ 1 ） ②22tx ③ mgxh ④ 斜面傾角（或 h 的數(shù)值） （ 2 ） C 備選例題 【例題】 如圖（甲）所示，質(zhì)量為 M 的滑塊 A 放在氣墊導(dǎo)軌 B 上， C 為位移傳感器，它能將滑塊 A 到傳感器C 的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機(jī)上，經(jīng)計算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊 A 的位移 — 時間（ x － t ）圖象和速率 — 時間（ v － t ）圖象 . 整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為 l 、高度為 h . （取重力加速
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