13.圖1為驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.圖中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電源,打點(diǎn)的時(shí)間間隔用△t表示.在小車質(zhì)量未知的情況下,某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種方法用來研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”.

(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空:
①平衡小車所受的阻力:小吊盤中不放物塊,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列間隔均勻的點(diǎn).
②按住小車,在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼.
③打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車,獲得帶有點(diǎn)跡的紙帶,在紙帶上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m.
④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟③.
⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距s1,s2,….求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a.
⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo),$\frac{1}{a}$為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上做出$\frac{1}{a}$-m關(guān)系圖線.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則$\frac{1}{a}$與m處應(yīng)成線性關(guān)系(填“線性”或“非線性”).
(2)完成下列填空:
(。┍緦(shí)驗(yàn)中,為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí),小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量.
(ⅱ)設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s1、s2、s3.a(chǎn)可用s2、s3和△t表示為a=$\frac{{{s}_{3}-s}_{1}}{5{0(△t)}^{2}}$.圖2為用米尺測(cè)量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=24.2mm,s3=47.2mm.由此求得加速度的大小a=1.2m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)
(ⅲ)圖3為所得實(shí)驗(yàn)圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為$\frac{1}{k}$,小車的質(zhì)量為$\frac{k}$.

分析 1、①平衡摩擦力的標(biāo)準(zhǔn)為小車可以勻速運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶點(diǎn)跡間隔均勻⑥由a=$\frac{F}{m}$,故$\frac{1}{a}$=$\frac{m}{F}$,故$\frac{1}{a}$與m成線性關(guān)系
2、為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí),小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)該遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得:△x=aT2
由a=$\frac{F}{m}$,故$\frac{1}{a}$=$\frac{m}{F}$,故成線性關(guān)系,且斜率為$\frac{1}{F}$,設(shè)小車質(zhì)量為M,則由牛頓第二定律寫出$\frac{1}{a}$與小車上砝碼質(zhì)量m+M的表達(dá)式,然后結(jié)合斜率與截距概念求解即可

解答 解:(1)①平衡摩擦力的標(biāo)準(zhǔn)為小車可以勻速運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶點(diǎn)跡間隔均勻.
⑥由a=$\frac{F}{m}$,故$\frac{1}{a}$=$\frac{m}{F}$,故$\frac{1}{a}$與m成線性關(guān)系.
(2)(。┰O(shè)小車的質(zhì)量為M,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量為m,設(shè)繩子上拉力為F,
以整體為研究對(duì)象有mg=(m+M)a
解得a=$\frac{mg}{M+m}$
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力F=Ma=$\frac{M}{m+M}$mg
顯然要有F=mg必有m+M=M,故有M>>m,即只有M>>m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于小吊盤和盤中物塊的重力.所以為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí),小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)該遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量.
(ⅱ)設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s1、s2、s3
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得:△x=aT2
即s3-s1=2a(5△t)2
a=$\frac{{{s}_{3}-s}_{1}}{5{0(△t)}^{2}}$
圖2為用米尺測(cè)量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=24.2mm,s3=47.2mm.
由此求得加速度的大小a=$\frac{{{s}_{3}-s}_{1}}{5{0(△t)}^{2}}$=1.15m/s2
(ⅲ)設(shè)小車質(zhì)量為M,小車受到外力為F,由牛頓第二定律有F=(m+M)a;
所以,$\frac{1}{a}$=$\frac{m}{F}$+$\frac{M}{F}$
所以,$\frac{1}{a}$-m圖象的斜率為$\frac{1}{F}$,故F=$\frac{1}{k}$,縱軸截距為b=$\frac{M}{F}$=kM,
所以,M=$\frac{k}$
故答案為:(1)間隔均勻;線性.
(2)(。┻h(yuǎn)小于小車和砝碼的質(zhì)量.
(ⅱ)$\frac{{{s}_{3}-s}_{1}}{5{0(△t)}^{2}}$;24.2mm;47.2mm;1.2;(ⅲ)$\frac{1}{k}$,$\frac{k}$

點(diǎn)評(píng) 實(shí)驗(yàn)問題要掌握實(shí)驗(yàn)原理、注意事項(xiàng)和誤差來源;遇到涉及圖象的問題時(shí),要先根據(jù)物理規(guī)律寫出關(guān)于縱軸與橫軸的函數(shù)表達(dá)式,再根據(jù)斜率和截距的概念求解即可.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

3.豎M向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)E中,一質(zhì)量為m、帶電量+q的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),從水平面上的A點(diǎn)以初速度v0水平向左運(yùn)動(dòng),沿半圓形軌道恰好通過最高點(diǎn)C,場(chǎng)強(qiáng)大小E<$\frac{mg}{q}$.
(1)試計(jì)算物塊在C點(diǎn)的速度和物塊在運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做的功.
(2)證明物塊離開軌道落回水平面的水平距離與場(chǎng)強(qiáng)大小E無關(guān),且為一常量.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

4.一輛汽車以20m/s的速度沿直線行駛,若這輛汽車以0.4m/s2大小的加速度剎車.則該車在1min內(nèi)通過的位移為( 。
A.5OOmB.720mC.1020mD.1200m

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

1.光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器,其裝置如圖甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置,當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí),光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間.利用如圖乙所示裝置測(cè)量滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù),圖中木板固定在水平面上,1和2是固定在木板上距離為0.8m的兩個(gè)光電門,與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出,滑塊以一定的初速度水平向右運(yùn)動(dòng),光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為2.0×10-2s和5.0×10-2s,用游標(biāo)尺測(cè)量小滑塊的寬度,卡尺示數(shù)如圖丙所示,取g=10m/s2,則滑塊的寬度為5.50cm,滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4(保留一位有效數(shù)字).

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

8.一質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),第3s內(nèi)的位移是2m,第4s內(nèi)的位移是2.5m,那么(  )
A.這兩秒內(nèi)的平均速度是2.25m/sB.第3s末的瞬時(shí)速度是2.25m/s
C.質(zhì)點(diǎn)的加速度是0.125m/s2D.第4s末的瞬時(shí)速度是2.75m/s

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

18.下面列舉的幾種速度中,指平均速度的是( 。
A.博爾特倫敦奧運(yùn)會(huì)百米賽跑撞線速度是10.4m/s
B.梅西頭球攻門,足球以10m/s的速度擊中橫梁
C.“和諧號(hào)”列車經(jīng)過路標(biāo)時(shí)的速度是200km/h
D.子彈在槍管里的速度是400m/s

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

5.某同學(xué)用如圖1所示裝置探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,實(shí)驗(yàn)過程如下:
A、按住小車,在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊,釋放小車,小車由靜止開始運(yùn)動(dòng)
B、按實(shí)驗(yàn)要求正確裝上紙帶,讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放小車,獲得一條紙帶
C、在獲得的紙帶上點(diǎn)跡清晰的部分,每5個(gè)點(diǎn)標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A,B,C,…,測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距S1,S2,S3,…并將其記錄在紙帶上對(duì)應(yīng)的位置處.
完成下列填空
(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)在釋放小車之前(“之前”或“之后”)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
(2)已知實(shí)驗(yàn)裝置中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的低壓交流電源,則相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔T=0.1s.
(3)如圖2是某同學(xué)用米尺測(cè)量所得紙帶上相鄰五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距,則打下B點(diǎn)時(shí)的速度大小為vB=0.390m/s,打下B點(diǎn)到E點(diǎn)的過程中小車的平均速度v=0.960m/s.
(4)若在如圖2紙帶中某同學(xué)只測(cè)量出了AB=2.0cm、CD=9.6cm,其它間距忘記測(cè)量,由此求得小車加速度的大小a=3.80m/s2.((3)(4)結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(5)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成10V,其他條件不變,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比不變,如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率大于50Hz,其他條件不變,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比偏。ㄟx填:“偏大”、“偏小”或“不變”).

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

2.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)得到一條紙帶如圖所示,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙面上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E,相連兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出,圖中已給出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源兩端.則小車運(yùn)動(dòng)的加速度為a=1.0m/s2(保留兩位有效數(shù)字).打C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為0.54m/s.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

3.一質(zhì)量m=5kg的物體,t=0時(shí)由靜止開始做直線運(yùn)動(dòng),其速度-時(shí)間圖象如圖所示,則說法正確的是( 。
A.在0~2s內(nèi),物體的加速度大小為5m/s2
B.在4s~6s內(nèi),物體的加速度大小為5m/s2
C.在0~6s內(nèi),物體發(fā)生的位移大小為30m
D.在4s~6s內(nèi),物體發(fā)生的位移大小為0

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