题目内容
17.如图(a)为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板.在实验中细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重力,小车运动加速度a可用纸带上的点求得.(1)关于该实验,下列说法中正确的是ABC.
A.砝码和小桶的总重力要远小于小车的重力
B.为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高
C.电火花计时器使用交流电源
D.木板D的左端被垫高后,图中细线应保持水平
(2)图(b)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所示.根据图中数据完成表格中空白处.
计数点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
瞬时速度/(m/s) | 0.165 | 0.215 | 0.314 | 0.364 | 0.413 |
(3)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变小车质量m,分别测得小车的加速度a与对应的质量m数据如表:
次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
小车的加速度a/( m•s-2) | 1.25 | 1.00 | 0.80 | 0.50 | 0.40 |
小车的质量m/kg | 0.400 | 0.500 | 0.625 | 1.000 | 1.250 |
小车质量的倒数m-1/kg-1 | 2.50 | 2.00 | 1.60 | 1.00 | 0.80 |
(4)上题中该小车受到的拉力F为0.5N.
分析 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注意事项.该实验采用的是控制变量法研究,其中加速度、质量、合力三者的测量很重要.加速度利用打点计时器测量计算,质量利用天平测量,为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高,砝码和小桶的总重力要远小于小车的重力,可使小车的合力近似等于砝码和小桶的总重力来测量.
解答 解:(1)A、该实验的研究对象是小车,采用控制变量法研究.当质量一定时,研究小车的加速度和小车所受合力的关系.那么小车的合力怎么改变和测量呢?为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高,以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是绳子的拉力.
设小车的质量为M,砝码和小桶的质量为m,根据牛顿第二定律得:
对m:mg-F拉=ma
对M:F拉=Ma
解得:F拉=$\frac{mMg}{m+M}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$
当m<<M时,即当砝码和小桶的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于砝码和小桶的总重力.
故A、B正确.
C、电火花和电磁计时器都使用交流电源.故C正确.
D、木板D的左端被垫高后,如果细线应保持水平,那么小车的合力就不等于绳子的拉力.小车的合力就不能正确测量.故D错误.
故选:ABC
(2)每相邻两计数点间还有4个打点,说明相邻的计数点时间间隔为0.1s.
根据匀变速直线运动规律知道3点的瞬时速度等于2点到4点的平均速度.
v3=$\frac{{x}_{24}}{{t}_{24}}=\frac{0.0240+0.288}{0.2}$m/s=0.264m/s
选一段过程运用作差法得:
$a=\frac{{x}_{6}+{x}_{5}+{x}_{4}-{x}_{3}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{0.0388+0.0339+0.0288-0.0240-0.0189-0.0140}{0.04}$=0.50m/s2.
(3)直观反映两个物理量的关系是要找出这两个量的线性关系,即画出直线图象.根据描点法作图,如图所示:
(4)根据牛顿第二定律:F=ma得出:
上题中该小车受到的拉力F为0.5N.
故答案为:(1)ABC.
(2)0.264,0.5
(3)见上图
(4)0.5
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.
能够把所学的物理规律运用到实验问题中.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两个推论${v}_{\frac{t}{2}}=\overline{v}$和△x=at2,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度.
A. | 经典力学能够说明高速粒子运动的规律性 | |
B. | 经典力学适用于宏观物体的低速运动问题,不适用于高速运动的物体 | |
C. | 相对论与量子力学的出现,说明经典力学是完全错误的,已失去意义 | |
D. | 量子力学能够说明微观粒子运动的规律性 |
A. | 库仑 | B. | 安培 | C. | 法拉第 | D. | 奥斯特 |
A. | 物体通常呈现电中性,是因为物体没有电荷 | |
B. | 金属体带正电是因为缺少电子 | |
C. | 库仑定律可以适用于任何带电体 | |
D. | 物体的带电量可以很小,甚至是小于一个电子的电荷量 |