题目内容

20．《探究加速度与物体质量、物体受力的关系》实验装置如图1所示．（a）在研究加速度与物体质量的关系中，需要保持小沙袋的质量不变，而去改变小车质量，来探究小车运动加速度与小车质量的关系．（b）在实验中，为减小实验误差，要把斜面右端垫高一些，以平衡摩擦力，使小车受到合力等于绳对小车的拉力；那么在每次改变小车质量后，是否要重新平衡摩擦力？不要（填“不要”或“要”）．（c）在寻找加速度和质量的关系，采用图象方法处理数据，图象坐标应该选用a-$\frac{1}{m}$（填“a一m”或“a一1/m”）

（d）在“探究机械能守恒定律”的实验中，电火花打点计时器所用的电源频率为50Hz：所使用重锤质量为0.5kg，当地的重力加速度为9.79m/s2．某同学实验中的纸带如图所示，图中标出A、B、C、D各点到0点的距离；其中A点到O点之间不知打了几个点，但A、B、C、D各点之间只打一个点．若实验中取打0点时重锤位置为零重力势能参考平面，则打点器在打C点时，重锤的速度大小是2.33m/s，州s，重力势熊是-1.37J，机械能是-0.0100J．（要求保留3位有效数字）

分析 （1）探究加速度与质量和合力的关系，采用控制变量法，实验时需平衡摩擦力，改变小车的质量，不需重新平衡摩擦力，为了得出加速度与质量的关系，应作出线性关系图线．根据牛顿第二定律，运用整体法和隔离法得出拉力的表达式，从而得出细线对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力的条件．
（2）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的瞬时速度，知道零势能点，根据Ep=mgh可以求出C点的重力势能，机械能等于动能和势能之和．

解答 解：（a）研究加速度与物体质量的关系时，要保持小沙袋的质量不变，改变小车质量，来探究小车运动加速度与小车质量的关系．
（b）平衡摩擦力后，小车重力沿木板方向的分力等于小车受到的滑动摩擦力，改变小车的质量后，不需要重新平衡摩擦力．
（c）由牛顿第二定律可知：a=$\frac{F}{m}$=$\frac{1}{m}$F，在F一定时a与$\frac{1}{m}$成正比，为了方便实验数据处理，
应用图象法处理探究加速度和质量的关系实验数据，需作出线性关系图线，所以应作a-$\frac{1}{m}$图线．
（d）根据匀变速直线运动的规律可知C点的速度等于BD段的平均速度，因此有：vC=$\frac{{x}_{BD}}{4T}$=$\frac{0.3815-0.1950}{4×0.02}$≈2.33m/s；
若实验中取打O点时重物位置为零重力势能参考平面，则C点的重力势能为：EP=-mghOC=-0.5×9.79×280.5×10-3J=-1.37J
C点的动能为：EK=$\frac{1}{2}$mvC2=$\frac{1}{2}$×0.5×2.332≈1.36J，C点的机械能为：E=Ep+Ek=-1.37J+1.36J=-0.0100J；
故答案为：2.33，-1.37，-0.01
故答案为：（a）小沙袋的质量；（b）不要；（c）a-$\frac{1}{m}$；（d）2.33；-1.37；-0.0100．

点评 只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．
纸带问题的处理是力学实验中常见的问题．我们可以纸带法实验中，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等．

练习册系列答案
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16．质量为1500kg 的汽车在平直的公路上运动，v-t图象如图所示．由此求：
（1）前25s内汽车的总位移．
（2）前25s 内汽车的平均速度
（3）前10s 内汽车的加速度．
11．（1）为探究弹簧的弹力与形变量的关系（形变在弹性限度之内），甲同学设计了如图实验，装置图如1：

第一步，调节弹簧与力传感器和滑块连接点位置，使弹簧与气垫导轨平行．
第二步，调节气垫导轨处于水平．调节气垫导轨的螺钉，若力传感器的示数为零，则表示气垫导轨已经调整水平．并记录此时滑块的位置X1．
第三步，把沙桶和滑块通过快过定滑轮的细线链接起来，调节滑轮高低使得细线与导轨平行．
第四步，往沙桶里加入适量的细沙，记录滑块静止时的位置X1及力传感器的示数F1．
第五步，重复第四步实验多次，依次记录滑块的位置X2．X3…Xn…及相应的力传感器的示数F2、F3…Fn…．
第六步，在坐标纸上作出F与（Xn-X0）图象，如图2，则可得结论：弹簧弹力与形变量成线性关系．
图象不过原点的可能原因是：弹簧应处于压缩状态；若纵截距值很小可忽略，则有图象知滑块从Xn位置运动到Xn位置过程中滑块对弹簧做的功：W=$\frac{1}{2}$Fn（xn-x0）（用Fn、X0、Xn表示）．
（2）在上述基础之上，乙同学也想用上述装置研究弹簧．滑块．沙桶和沙组成的系统机械能是否守恒，他进行了如下操作．在沙桶中加入适量的沙子，使系统处于静止状态，然后用手托住沙桶沿竖直方向运动，使滑块恰好回XnXn已知）位置，放手后，沙桶下落．该同学为了完成本实验，下列必需的操作是：CD．
A．测量滑块的质量M
B．测量沙和沙桶的总质量m
C．记录系统静止时滑块的位Xn
D．记录滑块向右运动的最大位置记Xn．
8．某小组做“探究弹簧弹力和伸长量的关系”实验时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测得弹簧的原长L0=4.6cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示．
钩码个数12345
弹力F/N1.02.03.04.05.0
弹簧的长度x/cm7.09.011.013.015.0
（1）根据表中数据在图中作出F-x图线；
（2）由此图线可得，该弹簧劲度系数k=50N/m；该弹簧的自重为0.2N．
15．某实验小组利用如图1所示的装置，进行“探究加速度a与合力F、质量m之间的关系”的实验．
①关于打点计时器的使用，下列操作正确的是B
（将正确选项前的字母填人空格中）．
A．先释放小车再启动打点计时器
B．先启动打点计时器再释放小车
②平衡摩擦力后，首先探究小车的加速度与它所受的力的关系：挂上沙桶，在桶中加入适量的沙子，使小车在拉力的作用下运动，按照规范要求进行操作，打出的纸带应是图2中的A （选填“A”或“B”）纸带．
5．钱包掉到沙发下，没有手电筒，小明借助平面镜反射灯光找到了钱包．图中已标示了反射与入射光线，请在图中标出平面镜，并画出法线．
12．下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容．若电热水壶正常工作时，根据表中信息可计算出额定电压下通过电热水壶的电流约为（　　）
型    号SP-988额定功率1800W
额定电压220V额定容量1.8L
A．0.22AB．26.9AC．8.18AD．0.12A
9．在“测定某电阻丝的电阻率”实验中
①用螺旋测微器测量一种电阻值很大的电阻丝直径，如图1所示，则电阻丝的直径是0.642mm．

②用多用表的欧姆档粗测电阻丝的阻值，已知此电阻丝的阻值约为20kΩ．下面给出的操作步骤中，合理的实验步骤顺序是c、a、b、d（填写相应的字母）
a．将两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，而后断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻丝的两端，读出阻值后，断开两表笔
c．旋转选择开关，使其尖端对准欧姆档的x1K档
d．旋转选择开关，使其尖端对准交流500V档，并拔出两表笔
③若用电流表和电压表精确测量此电阻丝的阻值，实验室提供下列可供选用的器材：
电压表V（量3V，内阻约50kΩ）
电流表A1（量程200μA，内阻约200Ω）
电流表A2（量程5mA，内阻约20Ω）
电流表A3（量程0.6A，内阻约1Ω）
滑动变阻器（最大值500Ω）
电源E（电动势4.5V，内阻约0.2Ω）
开关S导线
a．在所提供的电流表中应选用A1（填字母代号）．
b．在如图2的虚线框中画出测电阻的实验电路．
④根据测得的电阻丝的长度、直径和阻值，即可求出该电阻丝的电阻率．
10．某物体从静止开始沿直线运动，当停止运动时，位移为L，若运动中加速度大小只能是a或是0．那么此过程的最大速度是多大？最短时间为多少？

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