實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系典型例題及綜合模擬

實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系典型例題及綜合模擬【典型例題】例1.關(guān)于牛頓第一定律，下列說(shuō)法正確的是（）牛頓第一定律是一條實(shí)驗(yàn)定律牛頓第一定律說(shuō)明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因慣性定律和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持正確答案：BD解答過(guò)程：牛頓第一定律是物體在理想情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯(cuò)誤的.慣性是物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定律（即牛頓第一定律）反映的則是物體在一定情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以。錯(cuò)誤。由牛頓第一定律知，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，但改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則必須有力的作用。例2.一個(gè)物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，這是因?yàn)椋ǎ┪矬w一定沒有受到任何力物體一定受到兩個(gè)平衡力的作用物體所受合力一定為零物體可能受到兩個(gè)平衡力的作用正確答案：CD解答過(guò)程：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所受的合力一定為零，可能是兩個(gè)力，也可能是多個(gè)力。例3.一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的規(guī)律稱為“定律”，牛頓第一定律能用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證嗎？解答過(guò)程：牛頓第一定律回答了物體在不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)際中不可能找到物體不受外力的情況（至少物體要受到重力的作用），因此它是不能直接用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的。牛頓第一定律雖然不是通過(guò)物理現(xiàn)象概括出來(lái)的，但也是在大量的物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)的分析、想象、推理而得出的結(jié)論，同時(shí)這一結(jié)論又可以通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)給予佐證.我們?cè)趯W(xué)習(xí)牛頓第一定律時(shí)，不但要注意理解定律本身的內(nèi)容，還應(yīng)注意體會(huì)建立此定律過(guò)程中所采用的想象、推理方法。例4.下列關(guān)于慣性的說(shuō)法中，正確的是（）人走路時(shí)沒有慣性，被絆倒時(shí)有慣性百米賽跑到終點(diǎn)時(shí)不能立即停下是由于慣性，停下時(shí)就沒有慣性了物體沒有受外力作用時(shí)有慣性，受外力作用后慣性被克服了物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況均無(wú)關(guān)正確答案：D解答過(guò)程：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在因素即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持其靜止，勻速運(yùn)動(dòng)的物體的慣性是保持其速度不變。當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小就不發(fā)生變化。例5.豎直向上托起的排球，離開手后能繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，這是由于（）排球受到向上的托力排球受到慣力排球具有慣性排球受到慣性的作用正確答案：C解答過(guò)程：球在離開手時(shí)有一個(gè)與手相同的速度，由于慣性球會(huì)保持原來(lái)的狀態(tài)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，故C正確。例6.（1）運(yùn)動(dòng)的火車比運(yùn)動(dòng)的自行車停下來(lái)要困難得多，能運(yùn)用牛頓第一定律來(lái)解釋其原因嗎？解答過(guò)程：慣性的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大慣性也越大，火車比自行車質(zhì)量大，當(dāng)它們都有一定的速度時(shí)，在要停下的過(guò)程中火車保持原有速度的慣性比自行車大，原有速度不易改變，故火車難停下來(lái)。（2）推動(dòng)一輛汽車比推動(dòng)一輛自行車要困難得多，物體的慣性與其質(zhì)量有什么關(guān)系？解答過(guò)程：因?yàn)槠嚨馁|(zhì)量大所以慣性大，開始汽車和自行車都靜止，要使它們從靜止運(yùn)動(dòng)起來(lái)，質(zhì)量大的汽車在保持原有靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的慣性較大，故汽車難以推動(dòng)。例7.請(qǐng)談?wù)劥_定“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)研究課題的思路。解答過(guò)程：從前幾章知識(shí)可知，物體的速度是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，是以速度這一物理量的變化表現(xiàn)出來(lái)的，而我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的加速度又是描述物體速度變化快慢的物理量，所以第一個(gè)課題的確定就應(yīng)是研究加速度與力的關(guān)系。而在相同力的作用下，由于物體的慣性不同，速度變化的快慢也不同，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，所以第二個(gè)課題的確定是研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。題后思考：實(shí)驗(yàn)研究課題的確立，為科學(xué)探究提出了一個(gè)明確的目標(biāo)。要注意通過(guò)觀察分析或邏輯推理，培養(yǎng)自己提出問(wèn)題、確定研究課題的能力。例8.在“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的探究過(guò)程中，為什么可用兩車的位移之比表示加速度之比？解答過(guò)程：在本探究實(shí)驗(yàn)中，兩車均做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由勻加速直線運(yùn)動(dòng)位移公式（式中V0=0，且兩車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等）可得a8x，即xa—1=―1xa故可用兩車的位移之比表示加速度之比。題后思考：當(dāng)探究的是某物理量與其他物理量之間的比例關(guān)系時(shí)，可以不測(cè)出該物理量的具體數(shù)值，只需測(cè)出不同情況下該物理量的比值就行了。11例9.在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，為什么要以括為橫坐標(biāo)，加速度a為縱坐標(biāo)，描繪a—括圖象，而不是描繪a—m圖象？解答過(guò)程：根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“a與m2成反比”，甚至可能是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡(jiǎn)單的情況入手，檢驗(yàn)“a是11否與m成反比”。實(shí)際上“a與m成反比”就是“a與福成正比”，如果以荷為橫坐標(biāo)、加速度a為縱坐1標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a—^圖象是不是過(guò)原點(diǎn)的直線，就能判斷加速度a是不是與質(zhì)量m成反比。當(dāng)然，檢查a—m圖象是不是雙曲線，也能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線并不1容易；而采用a—m圖象，檢查圖線是不是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，則容易多了。所以，在研究加速度與質(zhì)量1的關(guān)系時(shí)，要描繪a—m圖象，而不是描繪a—m圖象。題后思考：“化曲為直”，是實(shí)驗(yàn)研究中經(jīng)常采用的一種有效方法。1題型練習(xí)：如果a—m圖象是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，則說(shuō)明()物體的加速度a與物體的質(zhì)量m成正比；物體的加速度a與物體的質(zhì)量m成反比；物體的質(zhì)量m與物體的加速度a成正比；物體的質(zhì)量m與物體的加速度a成反比。正確答案：B解答過(guò)程：物體的質(zhì)量是一定的，在合外力一定的情況下質(zhì)量越大，加速度越小。故加速度與質(zhì)量成反比。例10.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這一實(shí)驗(yàn)中，有兩位同學(xué)通過(guò)測(cè)量，分別作出a—F圖象，如下圖(a)(b)中的A、B線所示；試分析：A線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是B線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是解答過(guò)程:（1）A線在F軸上有一定的截距，表明F達(dá)到一定的值后小車才開始有加速度，這是沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不夠引起的。（2）B線在a軸上有一定的截距，表明F為0即不加F時(shí)小車已經(jīng)有了一定的加速度，這是平衡摩擦力時(shí)木板傾角。太大，即平衡摩擦力過(guò)度引起的。題后思考：運(yùn)用圖象分析實(shí)驗(yàn)誤差的原因，是實(shí)驗(yàn)探究中一項(xiàng)很重要的能力。例11.根據(jù)牛頓第二定律的探究實(shí)驗(yàn)回答下列各問(wèn)。（1）本實(shí)驗(yàn)中探究的方法：TOC\o"1-5"\h\z。。（2）在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)儀器有：砂桶和砂子，小車和砝碼，帶滑輪的長(zhǎng)木板，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶、復(fù)寫紙，除了以上儀器外，還需要的儀器有。秒表彈簧測(cè)力計(jì)毫米刻度尺天平低壓直流電源低壓變流電源解答過(guò)程：（1）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的原理是利用控制變量法，則有：當(dāng)作用力不變時(shí)，加速度與質(zhì)量的倒數(shù)成正比；當(dāng)物體的質(zhì)量不變時(shí)，加速度與作用力成正比。（2）需要的儀器還有CDF。例12.某同學(xué)用彈簧測(cè)力計(jì)、木塊和細(xì)繩去粗略測(cè)定木塊與固定斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)《。設(shè)此斜面的傾角e不大，不加拉力時(shí)木塊在斜面上保持靜止。（1）是否要用彈簧測(cè)力計(jì)稱出木塊的重力？（2）寫出實(shí)驗(yàn)的主要步驟。（3）推導(dǎo)出求《的計(jì)算式。解答過(guò)程：（1）要用彈簧測(cè)力計(jì)稱出木塊的重力（這從下面求《的計(jì)算式中即可看出）。（2）實(shí)驗(yàn)的主要步驟是：用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊沿斜面向上做勻速運(yùn)動(dòng)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1；用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊沿斜面向下做勻速運(yùn)動(dòng)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F2；用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出木塊的重力G。（3）由木塊沿斜面向上做勻速運(yùn)動(dòng)，有F]=pGcose+Gsine；由木塊沿斜面向下做勻速運(yùn)動(dòng)，有F=pGcose~Gsine。cos0=兩式相加得sin0=Fi-F2兩式相減得2G,p-§+F2以上兩式平方相加整理得V4G2-（Fi-F2）2o題后思考：運(yùn)用給定的儀器，根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到預(yù)期的目的，這是一種更高要求的實(shí)驗(yàn)探究能力?！灸M試題】（答題時(shí)間：40分鐘）關(guān)于伽利略理想實(shí)驗(yàn)，下列認(rèn)識(shí)正確的是：（）理想實(shí)驗(yàn)是不科學(xué)的假想實(shí)驗(yàn)。理想實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)論是不可靠的。理想實(shí)驗(yàn)是一種科學(xué)方法。牛頓第一定律描述的是一種理想化狀態(tài)。一切物體都有慣性，但是（）運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性比靜止時(shí)的慣性大運(yùn)動(dòng)越快，物體的慣性越大物體受力越大，慣性越大物體的慣性在任何情況下都是不變的氫氣球下面吊著一個(gè)重物升空，若氫氣球突然爆炸，那么重物將（）先豎直上升，后豎直下落勻速豎直下落加速豎直下落勻速豎直上升對(duì)于牛頓第一定律的看法，下列觀點(diǎn)正確的是（）牛頓第一定律可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所以慣性定律是正確的驗(yàn)證牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)做不出來(lái)，所以不能肯定慣性定律是正確的驗(yàn)證牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)做不出來(lái)，但可以在事實(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的科學(xué)推理得出慣性定律驗(yàn)證牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)雖然現(xiàn)在做不出來(lái)，但總有一天可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。某同學(xué)做探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，在平衡摩擦力時(shí)把木板的一端墊得過(guò)高，所得的。一F圖象為下圖中的（）

(a)(b)((a)(b)(c)(d)A.(q)圖B.（》）圖C.（c）圖D.(d)圖在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，以下做法正確的是（）平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，后接通電源“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對(duì)探究過(guò)程也不會(huì)產(chǎn)生影響有人設(shè)想，乘坐氣球飄在高空，由于地球的自轉(zhuǎn)，一晝夜就能周游世界。請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下，這個(gè)設(shè)想可行嗎？通過(guò)對(duì)本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，你認(rèn)為應(yīng)如何正確理解物體運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系？以鉤碼作為小車的拉力，并利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器依次測(cè)出小車的加速度。然后畫出如圖所示的圖象，該圖象雖是一條直線，但不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。請(qǐng)你分析其原因，應(yīng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)才能使實(shí)驗(yàn)得出的圖象通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)？如圖所示，為測(cè)定木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，某同學(xué)讓木塊從斜面上端由靜止開始勻加速下滑，他使用的實(shí)驗(yàn)器材僅限于：傾角固定的斜面（傾角未知）、木塊、秒表和米尺。（重力加速度g為已知，L、dh表示斜面截面的三條邊的長(zhǎng)度）（1）實(shí)驗(yàn)中需要記錄的數(shù)據(jù)。（2）用記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式試題答案1.CD2.D3.A4.C5.CB解析：平衡摩擦力時(shí)，不把懸掛重物用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上，即不對(duì)小車施加拉力。在木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木塊，反復(fù)移動(dòng)其位置，直到拖在小車后面的紙帶上打出的點(diǎn)距均勻?yàn)橹?。設(shè)木板的傾角為0,則平衡摩擦力后有mgsinQ=?mgcos0,即Q=arctan#,0與小車的質(zhì)量無(wú)關(guān)，故每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再放開小車。實(shí)驗(yàn)要求重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因?yàn)橹挥羞@樣，重物的重力才近似等于細(xì)繩對(duì)小車的拉力。正確選項(xiàng)為B。題后思考：注意實(shí)驗(yàn)條件、平衡摩擦力的目的和做法，以及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的規(guī)范操作。解答過(guò)程：因?yàn)榈厍蛏系囊磺形矬w（包括地球周圍的大氣）都隨著地球一起自轉(zhuǎn)，氣球升空后，由于慣性，它仍保持原來(lái)的自轉(zhuǎn)速度。當(dāng)忽略其他與地球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（如風(fēng)）的作用產(chǎn)生的影響時(shí)，升空的氣球與它下方的地面處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，是不可能使它相對(duì)地球繞行一周的。解答：牛頓第一定律指出，一切物體在不受外力作用的時(shí)候，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么物體到底是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這要看物體初始（即原來(lái)）時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況.而“物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的言外之意是如果物體不受到外力的作用，將不改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么物體受到外力作用時(shí)，將可能改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表現(xiàn)是什么呢？物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)、由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，運(yùn)動(dòng)的速度由小變大、由大變小，以及物體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化或運(yùn)動(dòng)快慢和方向同時(shí)改變，都屬于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化?？梢姡矬w的運(yùn)動(dòng)并不需要力來(lái)維持，但力可以改變物體的運(yùn)