题目内容

如图1所示是某同学探究加速度与力、质量关系的实验装置.将一辆小车放在长木板上,小车前端系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮挂一小盘,盘里放适量的砝码,盘与砝码的总质量为m,车后端连一纸带,穿过打点计时器限位孔,小车运动时带动纸带运动,通过打点计时器记录下小车运动的情况.

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该同学通过在小车上加减砝码改变小车的质量M,通过在盘中增减砝码改变小车所受的合力F,研究纸带算出小车运动的加速度a,几次实验数据记录如下表:
次 1 2 3 4 5 6 7 8
M/kg 1.00 1.00 1.00 1.00 1.25 1.50 2.00 2.50
F/N 0.25 0.50 0.75 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
a/(m?s-2) 0.25 0.51 0.74 0.99 0.80 0.67 0.50 0.40
(1)实验中盘与砝码的总质量远小于小车质量时,细绳对小车的拉力可以近似认为等于______;
(2)在实验中为了探究小车的加速度与力和质量的关系,该同学采用了先保持小车质量M不变,研究另两个量间的关系,这种方法叫做______;
(3)通过表中1~4列数据可得到的结论是:______;通过表中4~8列数据可得到的结论是:______.
(4)在“探究加速度与力的关系”时,保持小车的质量不变,改变小桶中砝码的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图2所示,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因:______.
:(1)以整体为研究对象有mg=(m+M)a
解得a=
mg
m+M
,
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=
M
m+M
mg
,
显然要有F=mg必有m+M=M,故有m<<M,即只有m<<M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.
故当盘与砝码的总质量远小于小车质量时,细绳对小车的拉力可以近似认为等于盘和砝码的总质量.
(2)研究三个变量之间的关系时,先假定其中一个量不变,研究另外两个量之间的关系,这种方法称为控制变量法.而在本实验中探究小车的加速度与力和质量的关系,故先保持小车质量M不变,而研究合外力和加速度两个物理量之间的关系,故为控制变量法.
(3)根据控制变量法得到的实验数据,可以得出:质量一定的前提下,物体的加速度与力成正比;力一定的前提下,物体的加速度与质量成反比.
(4)图线不通过坐标原点与横坐标有截距说明:小车所受拉力力为某个值时,加速度仍然为零,即合外力为0,说明此时外力与摩擦力平衡,原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
故本题的答案为:(1)盘和砝码的总质量.
(2)控制变量法;
(3)质量一定,加速度与力成正比;力一定,加速度与质量成反比
(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
练习册系列答案
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D
D

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砝码质量m/g 100 200 300 400 500
时间t/s 21.2 30.0 36.7 42.4 47.4
此同学根据测量数据作出了m-t图象如图所示

下面请你来帮助他完成实验任务,并回答相关问题:
①根据这位同学作出的m-t图象可知,他的猜想是否正确?
不正确
不正确
(填“正确”或“不正确”)
②观察这位同学作出的m-t图线形状及走势,提出你对振动时间t与砝码质量m间关系的假设,并通过列表作出相应的图象,得出结论,写出t与m间的关系式.
如果在计算或作图时需要,可参考下面的根式表:
m 100 200 300 400 500
m
10.0 14.1 17.3 20.0 22.4
 3
m
4.6 5.8 6.7 7.4 7.9
假设:
t∝
m
或 砝码的质量与时间的平方成正比
t∝
m
或 砝码的质量与时间的平方成正比
;
列表:
m
/
g
m
/
g
10.0
10.0
14.1
14.1
17.3
17.3
20.0
20.0
22.4
22.4
时间t/s
时间t/s
21.2
21.2
30.0
30.0
36.7
36.7
42.4
42.4
47.4
47.4
作图:(画在答题卡的坐标纸上)
结论:
图象是一条过原点的倾斜直线,说明砝码做30次全振动的时间与其质量的平方根成正比
图象是一条过原点的倾斜直线,说明砝码做30次全振动的时间与其质量的平方根成正比
;
关系式:
m=0.22t2(在0.20t2-0.25t2之间均正确)
m=0.22t2(在0.20t2-0.25t2之间均正确)
.

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