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(2013?常州模拟)光电计时器是一种研究物体运动情况的常见仪器.当有物体从光电门通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图甲所示装置探究物体的加速度与合外力、质量关系,其 NQ是水平桌面,PQ是一端带有滑轮的长木板,1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出).小车上固定着用于挡光的窄片K,测得其宽度为d,让小车从木板的顶端滑下,光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2.

(1)该实验中,在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时,保持M>>m,这样做的目的是
小车所受合外力大小等于(或约等于)mg
小车所受合外力大小等于(或约等于)mg
;
(2)为了计算出小车的加速度,除了测量d、t1和t2之外,还需要测量
两光电门之间的距离
两光电门之间的距离
,若上述测量量用x表示,则用这些物理量计算加速度的表达式为a=
d2(
t
2
1
-
t
2
2
)
2x
t
2
1
t
2
2
d2(
t
2
1
-
t
2
2
)
2x
t
2
1
t
2
2
;
(3)某位同学经过测量、计算得到如下表数据,请在图乙中作出小车加速度与所受合外力的关系图象.
组别 1 2 3 4 5 6 7
M/kg 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58
F/N 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
a/m?s-2 0.13 0.17 0.26 0.34 0.43 0.51 0.59
(4)由图象可以看出,该实验存在着较大的误差,产生误差的主要原因是:
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
.
分析:解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项.
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.
为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板的左端适当垫高,沙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沙桶总重力来测量.
解答:解:(1)设小车的质量为M,沙桶的质量为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=
mMg
m+M
=
mg
1+
m
M

当m<<M时,即当沙桶的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于沙桶的总重力.
这样做的目的是小车所受合外力大小等于(或约等于)mg.
(2)除了测量d、t1和t2之外,还需要测量两光电门之间的距离,v1=
d
t1
,v2=
d
t2
,
加速度的表达式为a=
v
2
2
-
v
2
1
2x
=
d2(
t
2
1
-
t
2
2
)
2x
t
2
1
t
2
2
.
(3)如下图

(4)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的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该同学实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
故答案为:(1)小车所受合外力大小等于(或约等于)mg
(2)两光电门之间的距离,
d2(
t
2
1
-
t
2
2
)
2x
t
2
1
t
2
2

(3)上图
(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.
点评:对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由.比如为什么要平衡摩擦力,为什么要先接通电源后释放纸带等.
这样问题我们要从实验原理和减少实验误差方面去解决.
练习册系列答案
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水果电池的内阻太大
水果电池的内阻太大
(不要求写分析、推导过程).
(2)晓宇同学用欧姆表直接测“土豆电池”的两极,读得此时的读数为30Ω.小丽同学用灵敏电流表直接接“土豆电池”的两极,测得电流为0.32mA,根据前面用伏特表测得的0.96V电压,由全电路欧姆定律得:r=
E
I
=
0.96
0.32×10-3
Ω=3.0kΩ
.因而晓宇同学说土豆的内阻为30Ω,而小丽同学则说是3kΩ.请你判断,用晓宇或小丽同学的方法测量“土豆电池”的内阻,结果是否准确,为什么?请分别说明理由.
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A.电流表A1(量程为0~0.6A,内阻为1Ω)
B.灵敏电流表A2(量程为0~0.6mA,内阻为800Ω)
C.灵敏电流表A3(量程为0~300μA,内阻未知)
D.滑动变阻器R1 (最大阻值约10Ω)
E.滑动变阻器R2(最大阻值约2kΩ)
F.定值电阻(阻值2kΩ)
G.变阻箱(0~9999Ω)
①为了能尽可能准确测定“土豆电池”的电动势和内阻,实验中应选择的器材是
BG
BG
(填器材前的字母代号).
②在右方框中画出应采用的电路.

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