题目内容

1．物理兴趣小组用图甲所示实验装置研究小车的运动，一端装有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，木板上有一小车，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，实验开始时，在托盘中放入适量砝码，小车开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点．

（1）实验开始前不需要（填“需要”或“不需要”）平衡小车受到的摩擦力．
（2）图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示．则打计数点4时纸带的速度v=0.314m/s，根据图中数据可求出纸带的加速度a=0.497m/s2（结果保留三位有效数字）．
（3）要求出本次实验中小车受到的拉力，下列物理量中还应给出的有BCD．（填入所选物理量前的字母）
A．木板的长度L        B．当地重力加速度g
C．小车的质量m2       D．托盘和砝码的总质量m3 E．小车运动的时间t．

分析 （1）据实验目的，研究小车的运动，及操作要求可知，不需要平衡摩擦力．
（2）利用逐差法△x=aT2可以求出物体的加速度大小，根据匀变速直线运动中某点的瞬时速度等于该过程中的平均速度大小可以求出某点的瞬时速度大小；
（3）根据牛顿第二定律有=ma，由此可知需要测量的物理量．

解答 解：（1）本实验只要保证小车能做匀变速运动即可，不需要调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，该实验不需要知道小车的合力，即不需要应使钩码质量远小于小车质量．
（2）电源频率为50Hz，每相邻两计数点间还有4个计时点，则计数点间的时间间隔：t=0.02×5=0.1s，
根据瞬时速度等于该过程中的平均速度大小可以求出某点的瞬时速度大小，则有：计数点4时纸带的速度v=$\frac{{x}_{35}}{2t}$=$\frac{0.0288+0.0339}{2×0.1}$=0.314m/s；
由匀变速运动的推论△x=aT2可知：加速度a=$\frac{{x}_{47}-{x}_{14}}{3{t}^{2}}$=$\frac{0.0339+0.0388+0.0437-0.0189-0.024-0.0288}{3×0．{1}^{2}}$≈0.497m/s2；
（3）以系统为研究对象，由牛顿第二定律得：
m3g-f=（m2+m3）a，滑动摩擦力：f=m2gμ，
解得：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$，要测动摩擦因数μ，
需要测出：小车的质量m2 与托盘和砝码的总质量m3，故选：BCD；
故答案为：（1）不需要；
（2）0.314，0.497（0.495-0.497）；
（3）BCD．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，同时要熟练应用所学基本规律解决实验问题．

练习册系列答案
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电压表V（量程0-9V，内阻约10kΩ）
电流表A1（量程0-5A，内阻约0.5Ω）
电流表A2（量程0-100mA，内阻约30Ω）
滑动变阻器R1（0-10Ω，额定电流10A）
滑动变阻器R2（0-1kΩ，额定电流500mA）
直流学生电源E（电动势9V，内阻不计，可承受较大电流）
开关S和导线若干

①若己知待测非线性电阻两端所加电压约为9V时，其电阻不会大于5Ω，则实验中的滑动变阻器应选用R1（填R1或R2），电流表应选用A1（填A1或A2）．
②为了描绘完整的伏安特性曲线，请在图1方框内画出完整的实验电路图．
③通过该实验，一共描绘了两个非线性电阻（分别称为“电阻1”和“电阻2”）的伏安特性曲线，如图2所示，根据图象，两个非线性原件的电阻值都是随着两端电压的增大而增大．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④甲同学将电阻2和滑动变阻器R1串联在电动势E=9.00V、内电阻r=2.25Ω的电源上，为使电源输出功率最大，滑动变阻器接入电路的电阻值为2.25Ω．乙同学只将“电阻1”和“电阻2”并联接在与甲同样的电源上，则电阻1消耗的功率为P1=4.8W．  （结果均保留三位有效数字）
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