题目内容
【题目】图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器打点的时间间隔用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探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.
(1)实验步骤:
①平衡小车所受的阻力:先拿下小吊盘,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均匀的点.
②按住小车,挂上带有适当重物的小吊盘,在小车中放入砝码.
③接通打点计时器电源,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,在坐标纸上作出
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某纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3.则小车加速度a=__________________(用字母s1、s3和Δt表示)
③图丙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_______
【答案】小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车和砝码的总质量
【解析】
①[1]设小车的质量为M,小吊盘和盘中物块的质量为m,设绳子上拉力为F,以整体为研究对象有:
解得
以小车为研究对象,则有:
当时有
,即只有
时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力;
②[2]根据
可得:
又T=5△t,解得:
③[3][4]设小车质量为M,小车受到外力为F,由牛顿第二定律有:
变形得:
则图象的斜率为
则有:
纵轴截距为
解得:
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