题目内容

小华所在的实验小组利用如图(甲)所示的实验装置探究牛顿第二定律,打点计时器使用的交流电频率f=50Hz,当地的重力加速度为g.
①在实验前必须进行平衡摩擦力,其步骤如下:取下细线和砂桶,把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节,直到
直到轻推小车,使小车恰好做匀速直线运动.
直到轻推小车,使小车恰好做匀速直线运动.

②图乙是小华同学在正确操作下获得的一条纸带,其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出.写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式:a=
(s3+s4)-(s1+s2)
100
f
2
(s3+s4)-(s1+s2)
100
f
2
; 若S1=2.02cm,S2=4.00cm,S3=6.01cm,则B点的速度为:VB=
0.301
0.301
m/s(保留三位有效数字).
③在平衡好摩擦力的情况下,探究小车加速度a与小车质量M的关系中,某次实验测得的数据如下表所示.根据这些数据在坐标图中描点并作出a-
1
M
图线.从a-
1
M
图线求得合外力大小为
0.3
0.3
N(计算结果保留两位有效数字).
 
1
M
 a/m?s2
4.0 1.2
3.6 1.1
2.0 0.6
1.4 0.4
1.0 0.3
④若实验前没有平衡摩擦力,在探究a-F的关系中,通过改变钩码的个数从而改变小车所受的拉力F1,重复实验,确定加速度a与小车所受拉力F1的关系.下列图象表示该同学实验结果,最符合实际的是:
C
C

分析:(1)小车由静止下滑,说明重力沿斜面的分力大于摩擦力,因此平衡过度,当小车带动纸带匀速下滑时说明平衡摩擦力;
(2)纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度.
(3)由F=ma可知,在a-
1
M
图象中,图象的斜率表示物体所受合外力的大小.
(4)当砂和砂桶的质量远小于车的质量时,砂桶重力代替绳子拉力,加速度与拉力成正比.随着砂桶质量增大,破坏了这个条件,实际拉力比砂桶重力小得多,桶实际的加速度比理论值小得多,图线向下弯曲.实验前没有平衡摩擦力,所以当拉力F达到一定值后,小车才产生加速度.
解答:解:①在实验前必须进行平衡摩擦力,其步骤如下:取下细线和砂桶,把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节,直到轻推小车,使小车恰好做匀速直线运动.
②由题意可知两计数点的时间间隔为:T=
5
f
,根据匀变速直线运动推论有:
s3-s1=2a1T2
s4-s2=2a2T2
a=
(s3+s4)-(s1+s2)
100
f
2

利用匀变速直线运动的推论
vB=
s1+s2
2T
=0.301m/s
③用描点法画出图象如下所示:

由F=ma可知,在a-
1
M
图象中,图象的斜率表示物体所受合外力的大小,有图象可知其斜率为k=0.3,故所受合外力大小为0.3N.
④实验前没有平衡摩擦力,所以当拉力F达到一定值后,小车才产生加速度.
砂和砂桶的质量在增加,那么砂和砂桶的质量不能远小于车的质量时,实际拉力比砂桶重力小得多,桶实际的加速度比理论值小得多,图线向下弯曲.故选C.
故答案为:
①轻推小车,使小车恰好做匀速直线运动
(s3+s4)-(s1+s2)
100
f
2
,0.301.
③如图所示,0.3
④C
点评:书本上的实验,我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚.实验的图象描绘,物理结合数学的应用都值得注意.
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