题目内容
8.某探究学习小组的同学要验证“牛顿第二定律”,他们在实验室组装了一套如图甲所示的装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和档光片,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘.实验时,调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力,传感器示数为传感器右端细线对它的拉力.(图中未画出)(1)该实验中小车所受的合力等于(填“等于”或“不等于”)力传感器(质量不计)的示数,该实验不需要(填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量.
(2)实验需用游标卡尺测量挡光片的宽度d,如图乙所示,d=7.35mm.若实验中没有现成的挡光片,某同学用一宽度为7cm的金属片替代,这种做法不合理(填“合理”或“不合理”).
(3)实验获得以下测量数据:小车和挡光片的总质量M,挡光片的宽度d,光电门1和2的中心距离s.某次实验过程测量的数据:力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过广电门2后,砝码盘才落地),则该实验要验证的式子是Fs=$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$.
分析 (1)小车所受的合力可以由力传感器测出,不需要满足小车质量远大于砝码质量.
(2)游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺的示数;挡光片的宽度应尽可能小,如果挡光片宽度过大,不能用挡光片的宽度与遮光时间的比值作为小车的速度.
(3)光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度,根据功能关系可以求出需要验证的关系式.
解答 解:(1)由于装有力传感器,小车所受拉力大小可以从传感器读取,故本实验不需要满足砝码和盘总质量远小于小车总质量,且由于实验前已经通过倾斜滑板平衡摩擦力,故小车所受到的合力等于传感器受到的拉力.
(2)由图示游标卡尺可知,挡光板的宽度:d=7mm+0.05×7mm=7.35mm.实验时把小车经过挡光片时的平均速度作为小车的瞬时速度,挡光片的宽度越窄,小车经过挡光片时的平均速度越接近小车的瞬时速度,挡光片的宽度越大,小车的速度误差越大,不能用7cm的金属片替代挡光片.
(3)由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
滑块通过光电门1速度为:${v}_{1}=\frac{d}{{t}_{1}}$
滑块通过光电门2速度为:${v}_{2}=\frac{d}{{t}_{2}}$
滑块做匀变速直线运动,则v22-v12=2as,
则加速度a=$\frac{{{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}}{2s}$,
根据功能关系需要验证的关系式为:Fs=$\frac{1}{2}M{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$
故答案为:(1)等于;不需要;(2)7.35;不合理;(3)Fs=$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$
点评 了解光电门测量瞬时速度的原理,实验中我们要清楚研究对象和研究过程,对于系统我们要考虑全面,同时明确实验原理是解答实验问题的前提.
A. | 推力 | B. | 重力、推力 | ||
C. | 重力、空气对球的作用力 | D. | 重力、推力、空气对球的作用力 |
A. | 电流表的示数为2A | B. | 原、副线圈匝数比为1:2 | ||
C. | 电压表的示数为电压的最大值 | D. | 原线圈中交变电压的频率为100Hz |
A. | v=0.8m/s | B. | v=3m/s | C. | v=9m/s | D. | v=12m/s |
A. | $\frac{5kQ}{4{l}^{2}}$,沿x轴正方向 | B. | $\frac{5kQ}{4{l}^{2}}$,沿x轴负方向 | ||
C. | $\frac{3kQ}{4{l}^{2}}$,沿x轴负方向 | D. | $\frac{3kQ}{4{l}^{2}}$,沿x轴正方向 |