3.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用如圖甲所示的裝置來(lái)研究牛頓第二定律和有關(guān)做功的問(wèn)題.
(1)為了盡可能減少摩擦力的影響,計(jì)時(shí)器最好選用電火花式計(jì)時(shí)器(填“電磁式打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”或“電火花式計(jì)時(shí)器”),同時(shí)需要將長(zhǎng)木板的右端墊高,直到在沒(méi)有沙桶牽引的情況下,小車拖動(dòng)“填拖動(dòng)或不拖動(dòng)”紙帶能在斜面上勻速下滑.
(2)在滿足M>>m條件下,可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力,在控制小車的質(zhì)量M不變的情況下,可以探究加速度與合力的關(guān)系.
(3)在此實(shí)驗(yàn)中,交流電頻率為50HZ打出的一條紙帶如圖,O為起點(diǎn),A、B、C為過(guò)程中的三個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出,有關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙所示,則小車的加速度為0.95m/s2,打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為VB=1.0 m/s.(保留2位有效數(shù)字)

分析 (1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力大于電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.在沒(méi)有沙桶拖動(dòng)下,小車和紙帶能做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),摩擦力得到平衡.
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)我們認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力,但實(shí)際不是,實(shí)際的拉力為$F=\frac{Mmg}{m+M}$,只有在M>>m的情況下近似認(rèn)為拉力等于mg.實(shí)驗(yàn)的方法是控制變量法;
(3)B點(diǎn)的速度可由A到C點(diǎn)的平均速度求出,加速度可由勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律:△x=at2求解.

解答 解:(1)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦產(chǎn)生的誤差小,直到在沒(méi)有沙桶拖動(dòng)下,小車拖動(dòng)紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器時(shí)能勻速直線運(yùn)動(dòng),摩擦力得到平衡.
(2)假設(shè)小車的加速度為a,拉力為F
對(duì)沙桶及沙:mg-F=ma;對(duì)小車:F=Ma;
聯(lián)立得:$F=\frac{Mmg}{m+M}$,故只有在M>>m的情況下近似認(rèn)為拉力等于mg
實(shí)驗(yàn)的方法是控制變量法,在探究加速度與合力的關(guān)系時(shí),我們要保證小車的質(zhì)量M不變.
(3)B點(diǎn)的速度等于A到C點(diǎn)的平均速度
vB=$\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.62-0.4205}{0.2}$=1.0m/s
設(shè)AB段位移為x1,BC段位移為x2
由△x=at2得:
a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{0.62-0.5155-(0.5155-0.4205)}{0.01}$=0.95m/s2
故答案為:(1)電火花式計(jì)時(shí)器,拖動(dòng);(2)M>>m,小車的質(zhì)量M;(3)0.95;1.0

點(diǎn)評(píng) 只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目,而實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān),故要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握.紙帶的處理在很多實(shí)驗(yàn)中都有涉及,對(duì)于速度和加速度的求法一定要牢固掌握.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

2.在高速公路上拐彎處,為保證安全,路面往往設(shè)計(jì)外高內(nèi)低.某段高速拐彎路面與水平面傾角為θ,拐彎路段是半徑為R的圓弧,已知當(dāng)質(zhì)量為m的汽車車速為v0時(shí),車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零,則( 。
A.v0=$\sqrt{gR}$
B.v0=$\sqrt{gRtanθ}$
C.若v>v0,則路面對(duì)車輪產(chǎn)生的橫向摩擦力大小為m$\frac{{v}^{2}}{R}$cosθ-mgsinθ
D.若v>v0,則路面對(duì)車輪產(chǎn)生的橫向摩擦力大小為mgsinθ-m$\frac{{v}^{2}}{R}$cosθ

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3.應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象,可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入.例如在豎直向上拋物體時(shí),先平伸手掌托起物體,由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng),然后物體離開(kāi)手掌,上升到最高點(diǎn)(忽略空氣阻力).對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是( 。
A.在物體離開(kāi)手的瞬間,手的加速度大于重力加速度
B.在物體離開(kāi)手的瞬間,物體的加速度大于重力加速度
C.物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體始終處于失重狀態(tài)
D.物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體始終處于超重狀態(tài)

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20.伽利略在研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)猜想和數(shù)學(xué)運(yùn)算得出,物體下落的位移與時(shí)間的二次方成正比,即x∝t2.為了驗(yàn)證這個(gè)關(guān)系,伽利略用銅球在不同傾角的斜面上運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究.他在這里使用斜面的目的是為了更容易測(cè)量銅球運(yùn)動(dòng)的(  )
A.加速度B.時(shí)間C.瞬時(shí)速度D.平均速度

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7.圖是兩種電感式微小位移傳感器的原理圖,圖甲中,1是待測(cè)的物體,2是可以上下移動(dòng)的軟鐵芯,3是固定的軟鐵芯,2、3之間的空氣間隙隨著物體的位移改變,鐵芯3上繞有線圈4.乙圖中,3是空心線圈,1是待測(cè)的物體,軟鐵芯2插在線圈3中圖電感式位移傳感器并且可以隨著物體1在線圈中平移.
說(shuō)明它們的工作原理,并嘗試設(shè)計(jì)與線圈3或線圈4相連的電路.

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8.用如圖甲所示裝置來(lái)探究功和動(dòng)能變化的關(guān)系.木板上固定兩個(gè)完全相同的遮光條A、B,用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將木板通過(guò)兩個(gè)滑輪與彈簧測(cè)力C相連,木板放在安裝有定滑輪和光電門的軌道D上,軌道放在水平桌面上,P為小桶(內(nèi)有沙子),滑輪質(zhì)量、摩擦不計(jì),重力加速度g.

(1)實(shí)驗(yàn)中軌道應(yīng)傾斜一定角度,這樣做目的是CD.
A.為了使釋放木板后,木板能勻加速下滑
B.為了增大木板下滑的加速度
C.可使得細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)木板做的功
D.可使得木板在未施加拉力時(shí)能勻速下滑
(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度,如圖乙所示,則遮光條的寬度d=0.170cm.
(3)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:
①測(cè)量木板、遮光條的總質(zhì)量M,測(cè)量?jī)烧诠鈼l的距離L;按甲圖正確連接器材.
②將木板左端與軌道左端對(duì)齊,靜止釋放木板,木板在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F及遮光條B、A先后經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間為t1、t2.則遮光條B、A通過(guò)光電門的過(guò)程中木板動(dòng)能的變化量△Ek=$\frac{1}{2}M[{(\fracwvmug56{{t}_{2}})}^{2}-{(\fracqpwjcsq{{t}_{1}})}^{2}]$,合外力對(duì)木板做功W=FL.(用字母M、t1、t2、d、L、F表示).
③在小桶中增加沙子,重復(fù)②的操作.
④比較W、△Ek的大小,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.
(4)若在本實(shí)驗(yàn)中軌道水平放置,其它條件和實(shí)驗(yàn)步驟不變,假設(shè)木板與軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.測(cè)得多組F、t1、t2的數(shù)據(jù),并得到F與$\frac{1}{{{t}_{2}}^{2}}$-$\frac{1}{{{t}_{1}}^{2}}$的關(guān)系圖象如圖丙.已知圖象在縱軸上的截距為b,直線的斜率為k,求解μ=$\frac{bqv3tldt^{2}}{2gLk}$(用字母b、d、L、k、g表示).

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15.某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置,探究“外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”,實(shí)驗(yàn)室還備有學(xué)習(xí)電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、滑塊、細(xì)沙、天平.當(dāng)滑塊連接上紙帶,用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí),釋放小沙桶,滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài),重力加速度用g表示,為了完成該實(shí)驗(yàn),則:
(1)你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有刻度尺(填“秒表”或“刻度尺”)
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),長(zhǎng)木板保持水平,在小沙桶中緩慢添加細(xì)砂,當(dāng)滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),測(cè)出小沙桶和細(xì)砂的總質(zhì)量為m1,由此可知該滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力大小為m1g(用題中的字母表示)
(3)在(2)的基礎(chǔ)上,某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M,往沙桶中載裝入適量的細(xì)沙,用天平稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量為m2(m2<M),讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn),測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2(v1<v2),則對(duì)滑塊,本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(m2-m1)gL=$\frac{1}{2}$Mv22-$\frac{1}{2}$Mv12(用題中的字母表示)
(4)若實(shí)驗(yàn)時(shí)所用滑塊質(zhì)量為M,沙及沙桶總質(zhì)量為m,讓沙桶帶動(dòng)滑塊由靜止開(kāi)始在水平氣墊導(dǎo)軌上加速運(yùn)動(dòng),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn),測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v3和v4(v3<v4),則要探究滑塊與沙及沙桶組成的系統(tǒng)機(jī)械能手否守恒,最終需驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為mgL=$\frac{1}{2}(M+m)({{v}_{4}}^{2}-{{v}_{3}}^{2})$(用題中的字母表示)

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12.如圖所示,AB是某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線,若有一電子以某一初速度且僅在電場(chǎng)力的作用下,沿AB由點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)B,所經(jīng)位置的電勢(shì)隨距A點(diǎn)的距離變化的規(guī)律如圖(b)所示.以下說(shuō)法正確的是(  )
A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EA>EBB.電子在A、B兩點(diǎn)的速度vA>vB
C.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)φA>φBD.電子在A,B兩點(diǎn)的電勢(shì)能EPA<EPB

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13.關(guān)于靜電場(chǎng)的幾種認(rèn)識(shí),不正確的是( 。
A.任何電荷或者帶電體的周圍都存在著電場(chǎng)這種特殊物質(zhì)
B.電場(chǎng)和電場(chǎng)線、等勢(shì)面一樣,都是客觀存在的
C.無(wú)論哪種起電方式都不可能違背電荷守恒定律
D.法拉第提出了電場(chǎng)和電場(chǎng)線的概念

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