题目内容
19.(1)在验证牛顿第二定律的实验中,用改变桶内砂的质量的办法来改变对小车的作用力F,用打点计时器测出小车的加速度a,得出若干组F和a的数据.然后根据测得的数据作出如图1所示a-F图线,发现图线既不过原点,又不是直线,可能的原因是CA.没有平衡摩擦力,且小车质量较大
B.平衡摩擦力时,所垫木板太高,且砂和小桶的质量较大
C.平衡摩擦力时,所垫木板太低,且砂和小桶的质量较大
D.平衡摩擦力时,所垫木板太高,且小车质量较大
(2)在改正了上述错误之后,保持小车及砝码质量M不变.反复改变沙的质量,并测得一系列数据,结果发现小车受到的合外力(小桶及砂重量)与加速度的比值略大于小车及砝码质量M,经检查发现滑轮非常光滑,打点计时器工作正常,且事先基本上平衡了摩擦力,那么出现这种情况的主要原因是什么?
答:由于小桶及砂的失重,拉小车的合外力F<mg,而处理数据时又将F=mg处理.因此,M=$\frac{F}{a}$<$\frac{mg}{a}$.
(3)图2是上述实验打出的一条纸带,已知打点计时器的打点周期是0.02s,结合图乙给出的数据,求出小车运动加速度的大小为4.0m/s2,并求出纸带中P点瞬时速度大小为2.6m/s(计算结果均保留2位有效数字)
分析 (1)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操作细节;理解该实验的实验原理和数据处理以及注意事项,知道实验误差的来源.
(2)调整沙的多少,使沙和小沙桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M
(3)纸带中P点瞬时速度是第5段位移的中间时刻的瞬时速度,它等于第5段的平均速度,加速度可用逐差法求解.
解答 解:(1)从上图中发现直线没过原点,当F=0时,a>0.也就是说当绳子上有拉力时小车还没有加速度,说明小车的摩擦力大于重力沿斜面向下的分力.该组同学实验操作中平衡摩擦力过小,所垫木板太低;
从图象上可以看出:F从0开始增加,砝码的质量远小于车的质量,慢慢的砝码的质量在增加,那么在后面砝码的质量就没有远小于车的质量呢,那么绳子的拉力与砝码的总重力就相差大呢.所以原因是砝码的质量没有远小于车的质量,所以A、B、D错误,C正确.
故选:C
(2)由于小桶及砂的加速度的方向向下,处于失重状态,拉小车的合外力F=$\frac{Mmg}{(M+m)}=\frac{M}{M+m}mg$<mg,而处理数据时又将F=mg处理.因此,$M=\frac{F}{a}<\frac{mg}{a}$.
(3)设:各段位移依次为:x1,x2,x3,x4,x5,x6;
由逐差法得:$a=\frac{({x}_{4}+{x}_{5}+{x}_{6})-({x}_{1}+{x}_{2}+{x}_{3})}{9{T}^{2}}=\frac{5.76×1{0}^{-2}}{9×0.0{4}^{2}}$=4.0m/s2
P点为第5段的中间时刻,所以P点的速度等于第5段的平均速度:
${v}_{P}=\frac{{x}_{5}}{T}=\frac{10.33×1{0}^{-2}}{0.04}≈2.6m/s$
故答案为:(1)C
(2)由于小桶及砂的失重,拉小车的合外力F<mg,而处理数据时又将F=mg处理.因此,M=$\frac{F}{a}$<$\frac{mg}{a}$;
(3)4.0,2.6
点评 “验证牛顿第二定律”的实验考查的知识点主要是:(1)实验中需要注意的问题,可结合实验原理记忆;(2)纸带处理,一般求速度和加速度,速度找平均速度替代,加速度一般用逐差法.这两种方法一定要熟练掌握.
A. | 小球一定带负电 | |
B. | 小球可能做匀加速直线运动 | |
C. | 小球加速度大小为gcosθ | |
D. | 小球重力势能的增加量等于电势能的增加量 |
A. | 可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小 | |
B. | 可判断第50秒后小车正在做匀速直线运动(此时滑块仍在车上) | |
C. | 可求出空沙桶的重力 | |
D. | 可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小 |
A. | A对地面的压力大小为2mg | |
B. | 地面对A的作用力的方向沿O1O2 | |
C. | A离竖直壁越近,B与竖直壁间的弹力越小 | |
D. | A离竖直壁越近,A受到地面摩擦力越小 |
A. | 冲线速度为60L(m/s) | |
B. | 冲线速度为60HL/h(m/s) | |
C. | 110栏的平均速度 | |
D. | 110栏比赛过程中发生的位移的大小 |