题目内容

15.某同学采用如图(a)所示的装置探究小车的加速度与所受合力的关系:

①实验时,把纸带穿过打点计时器的限位孔,连在小车的后端,用细线连接小车和砂桶,用手拉动纸带的另一端,将小车拉到打点计时器附近,然后接通打点计时器电源,释放纸带,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,关闭打点计时器电源.
②实验时,为了保证小车受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量m与小车的质量M应满足m<<M,并且实验时要做好平衡摩擦力这一步骤.
③图(b)是某次实验中获得的一条纸带,0、1、2、3、4、5、6是纸带上的七个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出.从图中给出的数据可知小车的加速度a=0.64m/s2(计算结果保留两位有效数字)

分析 (1)实验中先接通电源,再释放纸带.
(2)实验中理解两个认为:1、认为砂和砂桶的重力等于细线的拉力,要求砂和砂桶的质量远小于小车的质量.2、认为细线的拉力等于小车的合力,要求平衡摩擦力.
(3)根据连续相等时间内的位移之差是一恒量,运用逐差法求出加速度.

解答 解:(1)实验中,为了有效地使用纸带,应先接通打点计时器电源,再释放纸带.
(2)根据牛顿第二定律得,整体加速度a=$\frac{mg}{M+m}$,隔离对小车分析T=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$,可知当m<<M时,小车受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等.为了保证细线的拉力等于小车的合力,需要平衡摩擦力.
(3)根据△x=aT2,运用逐差法得,a=$\frac{{x}_{36}-{x}_{03}}{9{T}^{2}}$=$\frac{(8.75+9.41+10.06-6.85-7.48-8.13)×1{0}^{-2}}{9×0.01}$=0.64m/s2.
故答案为:(1)①接通打点计时器电源;释放纸带;
②m<<M;平衡摩擦力;
③0.64

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及实验中的注意事项,掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解瞬时速度和加速度.

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