题目内容

为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”。

(1)完成下列实验步骤中的填空:
①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列________的点。
②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码。
③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m。
④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③。
⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1,s2,…。求出与不同m相对应的加速度a。
⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上做出关系图线。
(2)完成下列填空:
①本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。
②设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=__________。由此求得加速度的大小a=__________m/s2


③图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为___________,小车的质量为___________。
(1)等间距   (2)① M远大于m   ②   1.15  ③ 1/k   b/k

试题分析:(1)在“验证牛顿第二定律的实验”为使绳的拉力是小车的很外力,故需平衡摩擦力,所以需要小车做匀速直线运动,实验时需要小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列等间距的点为止。(2)①以小车、吊盘和砝码整体为研究对象得:,以小车为研究对象得,联立解得,当,本实验用小车、吊盘和砝码的总重力代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小车、吊盘和砝码的总重力,吊盘和砝码的总质量越接近于小车的质量,误差越大;反之小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,实验误差越小,本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是。②由知,解得,由图中读出s1=2.40cm,s3=4.70cm,带入上式解得a=1.15m/s2。③对于系统有所以的图象是一条直线,其中,解得F="1/k" ,M=b/k。的图象的意义 匀变速直线运动规律
练习册系列答案
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用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律,实验装置如图甲所示,斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重锤线所指的位置O。实验步骤如下:

步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。重复多次,用尽可能小的圆,把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置;
步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置;
步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通过测量      (填选项前的符号),间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度
B.小球抛出点距地面的高度
C.小球做平抛运动的射程
(2)本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外,还需要测量的物理量有     
A.A、B两点间的高度差h1
B.B点离地面的高度h2
C.小球1和小球2的质量m1、m2
D.小球1和小球2的半径r

(3)经测定,g,g,小球落地点的平均位置距点的距离如图乙所示。有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其它条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用已知的数据,分析和计算出被碰小球平抛运动射程的最大值为       
(4)完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到两球落在斜面上的平均落点M′、P′、N′。用刻度尺测量斜面顶点到M′、P′、N′三点的距离分别为l1、l2、l3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为           (用所测物理量的字母表示)。

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