专题3.3 实验四 探究加速度与力、质量的关系

1．（山东省临沂市2019届模拟）如图所示为探究牛顿第二定律的实验装置．该装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和沙桶等组成．光电门可以测出滑块通过光电门的时间，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离，另用天平测出滑块(含遮光片）和沙桶（含沙子）的质量分别为M和m．

(1)在探究牛顿第二定律的实验中，使用气垫导轨的主要目的是____________

A．减小噪声 B．减小滑块速度 C．减小摩擦力 D．增加摩擦力

(2)如果滑块上的遮光板宽度为d，通过1、2两个光电门时的挡光时问分别为t1和t2，测量出两个光电门之间的距离s，那么滑块运动的加速度a的计算式是a=__________．

d2?11?【答案】C ?2?2?

2s?t2t1?【解析】

(1) 在探究牛顿第二定律的传统实验装置中，我们需要抬高木板的一端，使得小车重力沿斜面得分力等于小车受到的摩擦力，即平衡小车受到的摩擦力。使用气垫导轨后，可以大大减小滑块与导轨之间的摩擦力。所以使用气垫导轨的主要目的是减小摩擦力，故C正确；

(2) 因为较短时间内的平均速度可以表示瞬时速度，滑块经过光电门1时的速度表达式 v1?

d t1

同理得：v2?d t222根据运动学的公式：2as?v2?v1

2v2?v12d2?11???2?2?。 解得：a?2s2s?t2t1?2．（重庆市2019届调研测试）在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层前端固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力，两小车尾部各系一条细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，按下装置两小车同时立即停止。某次实验时小车Ⅰ的位移为s1，小车Ⅱ的位移为s2。

(1)为了减小实验误差,下列说法正确的是（________）

A.实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时需要挂上砝码盘和砝码 B.实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上砝码盘和砝码 C.砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量 D.砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量

(2)若实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，则可得实验结论是：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成______(填“正比”或“反比”)

(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小， 因此s1和s2的大小关系是（________）A．2s1>s2 B．2s1=s2 C．2s1

(1) AB：实验前需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，砝码盘不需要挂上，但小车必须挂上纸带，将轨道倾斜来平衡摩擦力．故A项错误，B项正确．

CD：若要将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力，绳中拉力约等于砝码和砝码盘的总重力，需满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量．故C项错误，D项正确． (2)两小车同时开始运动，并同时停止，两车运动的位移s?12at，则有：位移与加速度成正比；实验测得2小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，小车Ⅱ加速度近似是小车Ⅰ加速度的两倍，则可得实验结论是：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成正比．

(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小，根据运动的位移公式s?牛顿第二定律F?ma，因此s1和s2的大小关系是：2s1=s2．故AC项错误，B项正确．

12at，结合23．（河北邯郸一中2019届期中）某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系．利用力传感器测量细线上的拉力．按照如下步骤操作：

①安装好打点计时器和纸带，调整导轨的倾斜程度，平衡小车摩擦力；

②细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；

③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50 Hz的交流电源)； ④释放小车，使小车在轨道上做匀加速直线运动；

⑤关闭传感器，记录下力传感器的示数F.通过分析纸带得到小车加速度a； ⑥改变钩码的质量，重复步骤①②③④⑤； ⑦作出a－F图象，得到实验结论．

(1)本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量？ (填写“需要”或“不需要”)；某次释放小车后，力传感器示数为F，通过天平测得小车的质量为M，动滑轮和钩码的总质量为m，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于 ．

mg－2FFF

A．a＝2M B．a＝M C．a＝M

2F

D．a＝M (2)如图是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的 (填“左”或“右”)端与小车连接，在打点计时器打下计数点6时，钩码的瞬时速度大小为 m /s.(保留两位有效数字)