15.某同學(xué)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖1所示.
①在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖2所示.計時器打點的時間間隔為T=0.02s.從比較清晰的點起,每5個點取一個計數(shù)點,該段紙帶中最先打出的是第4個計數(shù)點.量出相鄰計數(shù)點之間的距離分別為S1=3.52cm,S2=3.68cm,S3=3.83cm,則該小車的加速度大小的計算公式a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{T}^{2}}$.(用S1和S3、T來表示)為平衡摩擦力,應(yīng)增大(選填“增大”或“減小”)長木板與水平桌面的夾角.

②平衡摩擦力后,讓小車停在打點計時器附近,掛上質(zhì)量為m1的砝碼盤,往砝碼盤中加一個質(zhì)量為20g的砝碼,接通計時器電源,釋放小車,取下紙帶,測量小車的加速度.然后再往砝碼盤添加砝碼,重復(fù)上面的操作.當?shù)刂亓铀俣热=10m/s2,得到小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如表:
次數(shù)12345
砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.200.400.600.801.00
加速度a(m•s-20.190.310.390.520.60
該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描出5組數(shù)據(jù)對應(yīng)的5個點,連線作出了a-F的關(guān)系圖象如圖3所示.
③根據(jù)該同學(xué)作出的a-F的關(guān)系圖象,請問該實驗中小車的質(zhì)量M=2.0kg;
砝碼盤的質(zhì)量m1=20g  (均保留兩位有效數(shù)字)
④已知該同學(xué)在平衡摩擦阻力時操作正確,根據(jù)提供的試驗數(shù)據(jù)作出的α-F圖線不通過原點,請說明主要原因:未計入砝碼盤的重力.

分析 ①應(yīng)用勻變速直線運動的推論△x=at2可以求出加速度;
③應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式,然后求出質(zhì)量;
④根據(jù)實驗原理與實驗步驟分析實驗誤差.

解答 解:①每5個點取一個計數(shù)點,計數(shù)點間的時間間隔:t=5T,由勻變速直線運動的推論△x=at2可知,加速度:a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{T}^{2}}$;
由于紙帶最先打下第4個計數(shù)點,可以判斷紙帶運動性質(zhì)是減速,說明傾斜角過小,要平衡摩擦力則應(yīng)該增大傾斜角.
③由于研究的是加速度與砝碼盤中砝碼總重力F的關(guān)系,則根據(jù)牛頓第二定律,加速度的表達式應(yīng)為:a=$\frac{1}{M}$F+$\frac{{m}_{1}g}{M}$,
則a-F圖的斜率k=$\frac{1}{M}$,截距:b=$\frac{{m}_{1}g}{M}$,
通過圖象選擇距離較遠的兩個點可得:M=$\frac{1}{k}$=2.0kg,b=$\frac{{m}_{1}g}{M}$=0.1,則m1=0.02kg=20g.
④由函數(shù)表達式可知圖象不過原點是因為合力本應(yīng)包括砝碼盤重力m1g,而本題中沒有計入.
故答案為:①$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{T}^{2}}$;增大;③2.0;20;④未計入砝碼盤的重力.

點評 本題考查了實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項,知道實驗原理與實驗注意事項即可解題,平時要注意基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)與掌握;應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式是求質(zhì)量的前提與關(guān)鍵.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.如圖所示,平行板電容器與直流電源連接,下極板接地.一帶電油滴位于容器中的P點且恰好處于靜止狀態(tài).現(xiàn)將下極板豎直向下緩慢地移動一小段距離,則(  )
A.帶電油滴將豎直向上運動
B.帶電油滴的機械能將增加
C.該帶電油滴在P點的電勢能減小
D.電容器的電容增加,極板帶電量增加

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

6.要驗證“當質(zhì)量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律.給定的器材如下:一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面(如圖)、小車、計時器一個、米尺.
(1)填入適當?shù)墓交蛭淖,完善以下實驗步驟(不考慮摩擦力的影響):
①小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑至斜面底端A2,記下所用的時間t
②用米尺測量A1與A2之間的距離s,則小車的加速度a=$\frac{2s}{{t}^{2}}$.
③用米尺A1相對于A2的高h.設(shè)小車所受重力為mg,則小車所受的合外力F=mg$\frac{h}{s}$.④改變斜面傾角(或填h的數(shù)值),重復(fù)上述測量.
⑤以h為橫坐標,$\frac{1}{{t}^{2}}$為縱坐標,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作用作圖.如能得到一條過原點的直線,則可以驗證“當質(zhì)量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律.
(2)在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中,某同學(xué)設(shè)計的方案是:
①調(diào)節(jié)斜面傾角,使小車在斜面上勻速下滑.測量此時A1點相對于斜面底端A2的高度ho
②進行(1)中的各項實驗
③計算與作圖時用(h-ho)代替h.
對此方案有以下幾種評論意見:
A、方案正確可行
B、方案的理論依據(jù)正確,但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運動.
C、方案的理論依據(jù)有問題,小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān).
其中合理的意見是C.

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

3.某同學(xué)設(shè)計了一個探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗,圖(a)為實驗裝置簡圖.(所用交流電的頻率為50Hz)

①為了研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系,在實驗中必須采用控制變量法,應(yīng)保持拉力F不變,用砂桶及砂所受的重力作為小車所受的拉力,圖(b)為某次實驗得到的紙帶,實驗數(shù)據(jù)如圖,圖中相鄰計數(shù)點之間還有4個點未畫出,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為0.64 m/s2.(保留三位有效數(shù)字)
②在本次實驗中,實驗小組通過改變小車質(zhì)量共做了8組實驗,得到下表所示的實驗數(shù)據(jù),通過分析表中數(shù)據(jù),你得出的結(jié)論是:在小車所受外力不變的條件下,加速度與質(zhì)量成反比例關(guān)系.
實驗序號12345678
小車加速度a/(m•s-20.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101
小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67
現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結(jié)論,可利用表格數(shù)據(jù)作圖,應(yīng)在坐標紙中畫出a-$\frac{1}{m}$?圖線.
?在某次實驗中為研究加速度和力的關(guān)系,根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線,如圖所示.此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是C.
A.小車與木板之間存在摩擦
B.木板保持了水平狀態(tài)
C.所掛砂桶及砂的總質(zhì)量太大
D.所用小車的質(zhì)量太大.

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

10.某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中,設(shè)計出如下的實驗方案,其實驗裝置如圖1所示.已知小車質(zhì)量M=214.6g,砝碼盤質(zhì)量m0=7.8g,所使用的打點計時器交流電頻率f=50Hz.其實驗步驟是:
A.按圖中所示安裝好實驗裝置;
B.調(diào)節(jié)長木板的傾角,輕推小車后,使小車能沿長木板向下做勻速運動;
C.取下細繩和砝碼盤,記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m;
D.將小車置于打點計時器旁,先接通電源,再放開小車,打出一條紙帶,由紙帶求得小車的加速度a;
E.重新掛上細繩和砝碼盤,改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)B-D步驟,求得小車在不同合外力F作用下的加速度.

回答下列問題:
(1)按上述方案做實驗,是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量?否(填“是”或“否”).
(2)某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的如表格中
次數(shù)12345
砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49
小車的加速度a/(m•s-20.881.441.842.382.89
他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖2中畫出a-F圖象造成圖線不過坐標原點的一條最主要原因是在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力,從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力,其大小為0.08N.

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

20.用如圖1所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗:
(1)面列出了一些實驗器材:
電磁打點計時器、紙帶、帶滑輪的長木板、墊塊、小車和砝碼、砂和砂桶.除以上器材外,還需要的實驗器材有:ACD.(多選)
A.天平(附砝碼)
B.秒表
C.刻度尺(最小刻度為mm)
D.低壓交流電源
(2)實驗中,需要平衡小車和紙帶運動過程中所受的阻力,正確的做法是C.
A.小車放在木板上,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在不受繩的拉力時沿木板做勻速直線運動.
B.小車放在木板上,掛上砂桶,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在砂桶的作用下沿木板做勻速直線運動.
C.小車放在木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過打點計時器.把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動.
(3)實驗中,為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力,砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車和車上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是m<<M.這樣,在改變小車上砝碼的質(zhì)量時,只要砂和砂桶質(zhì)量不變,就可以認為小車所受拉力幾乎不變.
(4)如圖2為某次實驗紙帶,在相鄰兩計數(shù)點間都有四個打點未畫出,用刻度尺測得:
S1=0.55cm,S2=0.94cm,S3=1.35cm,S4=1.76cm,S5=2.15cm,S6=2.54cm.

①相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s;
②計數(shù)點“6”和“7”的位移S7比較接近于C(填“A、B、C、D”序號)
A.2.76cm      B.2.85cm      C.2.96cm       D.3.03cm
③打下“3”點時小車的瞬時速度v3=0.16 m/s;小車的加速度a=0.40 m/s2.(計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)
(5)某小組在研究“外力一定時,加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時,保持砂和砂桶質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量M,分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量M的數(shù)據(jù).在分析處理數(shù)據(jù)時,該組同學(xué)產(chǎn)生分歧:甲同學(xué)認為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以作出小車加速度a與其質(zhì)量M的圖象,如圖3(甲),然后由圖象直接得出a與M成反比.乙同學(xué)認為應(yīng)該繼續(xù)驗證a與其質(zhì)量倒數(shù)1/M是否成正比,并作出小車加速度a與其質(zhì)量倒數(shù)1/M的圖象,如圖3(乙)所示.你認為同學(xué)乙(選填“甲”或“乙”)的方案更合理.

(6)另一小組在研究“小車質(zhì)量一定時,加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時,用改變砂的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F,然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a-F圖象,如圖4所示.發(fā)現(xiàn)圖象既不過原點,末端又發(fā)生了彎曲,可能原因是B.
A.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過大,且砂和砂桶的質(zhì)量較大
B.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且砂和砂桶的質(zhì)量較大
C.沒有平衡摩擦力,且小車質(zhì)量較大
D.平衡摩擦力時,木板的傾斜角度過小,且小車質(zhì)量較大.

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

7.有四個實驗小組完成用“控制變量法”探究“加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時:
(1)實驗過程中,需要保持F不變.
(2)(多選)為了驗證“加速度與物體質(zhì)量成反比”的猜想,采用圖象法處理數(shù)據(jù).圖1是四個小組描繪出的不同圖象,你覺得能夠準確驗證

上述猜想的圖象有BC
(3)某小組用接在50Hz交流電源上的打點計時器測定小車的加速度時,得到一條如圖2所示的紙帶,按時間順序取0、1、2、3、4、5、6共7個計數(shù)點.0到6每相鄰兩記數(shù)點間各有四個打印點未畫出.測得相鄰計數(shù)點的距離依次為s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm.則物體的加速度0.50m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
 

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

4.如圖甲所示,Q1、Q2為兩個被固定的點電荷,其中Q1帶負電,a、b兩點在它們連線的延長線上.現(xiàn)有一帶負電的粒子以一定的初速度沿直線從a點開始經(jīng)b點向遠處運動(粒子只受電場力作用),粒子經(jīng)過a、b兩點時的速度分別為va、vb,其速度圖象如圖乙所示.以下說法中正確的是( 。
A.Q2一定帶正電
B.Q2的電量一定大于Q1的電量
C.b點的電場強度一定為零
D.整個運動過程中,粒子的電勢能先減小后增大

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

5.為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置,小車總質(zhì)量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器,丙圖中M包括小車和與/J、車固連的滑輪),鉤碼總質(zhì)量用m表示.

(1)為便于測量合外力的大小,并得到小車總質(zhì)量一定時,小車的加速度與所受合外力成正比的結(jié)論,下列說法正確的是BC.
A.三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力
B.三組實驗都需要平衡摩擦力
C.三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠小于小車的總質(zhì)量M的條件
D.三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠小于小車的總質(zhì)量M的條件
(2)若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計讀數(shù)相同,通過計算得到小車加速度均為a,a=$\frac{1}{3}$g,g為當?shù)刂亓铀俣龋瑒t乙、丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為1:2,乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為1:2.

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同步練習(xí)冊答案