题目内容

12.图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.
(1)试验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一滑轮的高度,使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是B
A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.
B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.
C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动.
(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是C
A.M=20g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
(3)图2 是试验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=0.42m/s2(结果保留2位有效数字).

分析 1、小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应平衡摩擦力;
2、重物加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,要使其对细线的拉力近似等于重力,应该使加速度减小,即重物的质量应该远小于小车的质量.
3、实验装置可以通过纸带求出加速度,所以可以测定小车的加速度.

解答 解:(1)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,即平衡摩擦力.
故选:B
(2)重物加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,设拉力为T,根据牛顿第二定律,
对重物,有:mg-T=ma
对小车,有:T=Ma
解得:T=$\frac{M}{M+m}$•mg
故当M>>m时,有:T≈mg
故C符合要求
故选:C
(3)相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,相邻的计数点时间间隔为0.1s
利用匀变速直线运动的推论△x=at2,
sDE-sAB=3a1T2
sEF-sBC=3a2T2
sFG-sCD=3a3T2
a=$\frac{{{a}_{1}+a}_{2}{+a}_{3}}{3}$
代入数据得:a=0.42m/s2.
故答案为:(1)B;(2)C;(3)0.42

点评 要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,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.

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