17.為研究“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”,某同學設(shè)計了如圖1所示的實驗裝置,圖中打點計時器的交流電源頻率為f=50Hz.

(1)完成下列實驗步驟中的填空:
①平衡小車所受的阻力:取下小吊盤,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列間隔基本相等或均勻的點;
②按住小車,掛上小吊盤在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼;
③打開打點計時器電源,釋放小車,獲得帶有點跡的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m;
④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復步驟③;
⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標注一個計數(shù)點,測量相鄰計數(shù)點的間距s1,s2,…,求出與不同m相對應(yīng)的加速度a;
⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標,$\frac{1}{a}$為縱坐標,在坐標紙上作出$\frac{1}{a}$-m關(guān)系圖線.
(2)完成下列填空:
①本實驗中,為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時,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m1與小車和砝碼總質(zhì)量m2,應(yīng)滿足的條件是m1<<m2(用m1、m2表示);
②圖3為用米尺測量某一紙帶的情況,a可用s1、s3和f表示為a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50}$f2,由圖可讀出s1、s2、s3,代入各數(shù)據(jù),便可求得加速度的大。
③圖2為在滿足①所得實驗圖線的示意圖,設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,小車空車質(zhì)量m0為$\frac{k}$.

分析 (1)①平衡摩擦力的標準為小車可以勻速運動,打點計時器打出的紙帶點跡間隔均勻;
(2)為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時,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)該遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量;由勻變速直線運動的推論得:△x=aT2,即可求解加速度,由牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式,然后根據(jù)圖示圖象分析答題.

解答 解:(1)①平衡摩擦力時,如果小車的重力沿板方向的分力正好等于摩擦力,給小車一個速度,小車將做勻速運動,因此打點計時器打出的點應(yīng)該是間隔基本相等的;
(2)①設(shè)小車和砝碼總質(zhì)量m2,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量為m1,設(shè)繩子上拉力為F,
以整體為研究對象有m1g=(m1+m2)a
解得a=$\frac{{m}_{1}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$
以小車和砝碼為研究對象有繩子的拉力F=m2a=$\frac{{m}_{1}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$m2
當m1<<m2時才可以認為繩對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,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)該遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量,所以應(yīng)滿足的條件是:小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和遠小于小車和砝碼的質(zhì)量;
②根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律可知,相鄰相等時間內(nèi)的位移之差相等,即:△s=aT2,又由題意可知打點的時間間隔為△t、每5個間隔標注一個計數(shù)點,
因此相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為:T=5△t,△t=$\frac{1}{f}$
有:s3-s1=2aT2,解得:a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50}$f2,
根據(jù)題圖可讀出s1=36.7mm-12.5mm=2.42cm(由于刻度尺讀數(shù)時要有估讀位,因此讀數(shù)在2.39~2.45cm之間均正確);
③設(shè)細線對小車的拉力為F,小車的質(zhì)量為M,砝碼隨小車一起加速運動的加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律有:F=(M+m)a,解得:$\frac{1}{a}$=$\frac{M}{F}$+$\frac{m}{F}$,
所以,k=$\frac{1}{F}$,b=$\frac{M}{F}$,
解得:F=$\frac{1}{k}$,M=$\frac{k}$,
即小車受到的拉力為$\frac{1}{k}$,小車的質(zhì)量為$\frac{k}$.
故答案為:(1)間隔基本相等或均勻;(2)①m1<<m2;②$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50}$f2;③$\frac{k}$.

點評 實驗問題要掌握實驗原理、注意事項和誤差來源;遇到涉及圖象的問題時,要先根據(jù)物理規(guī)律寫出關(guān)于縱軸與橫軸的函數(shù)表達式,再根據(jù)斜率和截距的概念求解即可.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

7.如圖甲所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置,請思考探究思路并回答下列問題:

(1)實驗中正確的做法是AD(填字母代號)
A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使牽引小車的細繩與長木板保持平行
B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車受到的滑動摩擦力時,將砂桶通過定滑輪拴在小車上
C.實驗時,先放開小車再接通打點計時器的電源
D.通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
(2)有一組同學保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系,他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a-F圖線,如圖乙中實線所示.圖線①是在軌道傾斜情況下得到的(選填“①”或“②”);小車及車中的砝碼總質(zhì)量m=$\frac{1}{2}$kg.

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

8.如圖所示是某電場中的一簇等勢面,甲等勢面的電勢為90V,乙等勢面的電勢為-10V,各相鄰等勢面間的電勢差相等
(1)將q=+1×10-8C的電荷從A點移到B點,電場力做功1×10-6J;
(2)將q=-1×10-8C的電荷從A點移到C點,電場力做功-2×10-6J;
(3)在圖中定性畫出幾條電場線.

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

5.某個同學分別做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗.如圖甲所示是該同學探究小車加速度與力的關(guān)系的實驗裝置,他將光電門固定在水平軌道上的B點,用不同重物通過細線拉同一小車,每次小車都從同一位置A由靜止釋放.
(1)若用游標卡尺測出光電門遮光條的寬度d如圖乙所示,則d=cm;實驗時將小車從圖示位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t,則小車經(jīng)過光電門時的速度(用題中的字母表示)為$\fracd7rvrpp{△t}$.
(2)測出多組重物的質(zhì)量m和對應(yīng)遮光條通過光電門的時間△t,并算出相應(yīng)小車經(jīng)過光電門時的速度v,通過描點作出線性圖象,研究小車加速度與力的關(guān)系.處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出v2-m(選填“v-m”或“v2-m”)圖象(不計水平軌道對小車的阻力,保證每次實驗時小車質(zhì)量比重物質(zhì)量大許多).

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

12.質(zhì)量為 10kg的環(huán)在F=200N的拉力作用下,沿粗糙直桿由靜止開始運動,桿與水平地面的夾角θ=37°,拉力F與桿的夾角也為θ.力F作用0.5s后撤去,環(huán)在桿上繼續(xù)上滑了0.4s后,速度減為零.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2
求:(1)環(huán)與桿之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5;
(2)環(huán)沿桿向上運動的總距離s=1.8m.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.如圖所示,B為線段AC的中點,如果在A處放一個+Q的點電荷,測得B處的場強EB=48N/C,則( 。
A.EC=24 N/C
B.EC=12 N/C
C.若要使EB=0,可在C處放一個-Q的點電荷
D.把q=10-9 C的點電荷放在C點,則其所受電場力的大小為6×10-9 N

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

9.在靜電場中,下列有關(guān)電場強度、電勢判斷正確的是( 。
A.電場強度處處為零的區(qū)域內(nèi),電勢也一定處處為零
B.不管是否是勻強電場,電場線總是跟等勢面垂直
C.電場強度的方向就是電勢降低最快的方向
D.電場強度和電勢都是有方向

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

6.某同學用多用電表粗測金屬絲的阻值,操作過程如下:
(1)將紅、黑表筆分別插入多用電表的“+”“-”插孔,選擇開關(guān)旋至電阻擋“×10”擋位.
(2)將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)B(選填圖甲中的“A”“B”或“C”)旋鈕,使歐姆表指針對準電阻的0刻度線處(選填“0刻線”或“∞刻線”).

(3)把紅、黑表筆分別與金屬絲的兩端相接,此時多用電表的示數(shù)如圖乙所示.
(4)為了使金屬絲的阻值讀數(shù)能夠再準確一些,小明將選擇開關(guān)旋至電阻擋×1(選填“×1”或“×1k”)擋位,重新進行歐姆調(diào)零.
(5)重新測量得到的結(jié)果如圖丙所示,則金屬絲的電阻為6Ω.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

7.如圖所示是A、B兩質(zhì)點從同一地點運動的s-t圖象,則下列說法中錯誤的是( 。
A.A質(zhì)點以20 m/s的速度勻速運動
B.B質(zhì)點先沿正方向做直線運動,后沿負方向做直線運動
C.A、B兩質(zhì)點在4 s末相遇
D.B質(zhì)點最初4 s做加速運動,后4 s做減速運動

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同步練習冊答案