题目内容

8．某同学利用如图所示的装置探究加速度与合外力的关系，图中A为装有窄遮光片的滑块，B处可悬挂钩码，遮光片的宽度为d，1、2处有两个光电门．
（1）实验中为了使绳的拉力等于滑块A受到的合外力，需要平衡摩擦力，将长木板左端适当垫高，在不悬挂（填“悬挂”或“不悬挂”）钩码的情况下，给滑块A一个初速度，如果观察到滑块做匀速直线运动，则表明已平衡摩擦力．
（2）为了使滑块A受到外力的合力近似等于B的重力，实验必须满足的条件还有滑块A的质量远大于钩码B的质量；如果实验过程中遮光片通过两个光电门1、2的时间分别为△t1、△t2，及滑块从光电门1运动到光电门2所用的时间为t，则滑块运动的加速度为$\frac{d（△{t}_{1}-△{t}_{2}）}{t△{t}_{1}△{t}_{2}}$．

分析 （1）实验前要平衡摩擦力，小车不挂钩码把木板的一端适当垫高，使小车在木板上做匀速直线运动．
（2）当滑块的质量远大于钩码质量时可以近似认为滑块受到的拉力等于钩码的重力；求出滑块通过光电门时的瞬时速度，然后应用匀变速直线运动的速度公式可以求出滑块的加速度．

解答 解：（1）实验中为了使绳的拉力等于滑块A受到的合外力，需要平衡摩擦力，将长木板左端适当垫高，在不悬挂钩码的情况下，给滑块A一个初速度，如果观察到滑块做匀速直线运动，则表明已平衡摩擦力．
（2）当滑块的质量远大于钩码的质量时可以认为滑块A受到外力的合力近似等于B的重力；
滑块通过光电门时的速度：v1=$\frac{d}{△{t}_{1}}$，v2=$\frac{d}{△{t}_{2}}$，滑块运动的加速度：a=$\frac{{v}_{2}-{v}_{1}}{t}$=$\frac{d（△{t}_{1}-△{t}_{2}）}{t△{t}_{1}△{t}_{2}}$；
故答案为：（1）左；不悬挂；滑块做匀速直线运动；（2）滑块A的质量远大于钩码B的质量；$\frac{d（△{t}_{1}-△{t}_{2}）}{t△{t}_{1}△{t}_{2}}$．

点评 本题考查了实验注意事项、实验数据处理，知道实验原理与实验注意事项是解题的前提；应用速度公式与加速度的定义式即可解题；平时要注意基础知识的学习与掌握．

练习册系列答案
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9．如图所示，将一个“吸盘式”挂衣钩紧压在平整、清洁的竖直瓷砖墙面上时，可挂上衣帽等物品．如果挂衣钩的吸盘压紧时，它的圆面半径为$\frac{10}{\sqrt{π}}$cm，吸盘圆面压在墙面上的部分跟墙面完全接触，里面中空部分可看成真空．不计吸盘的重力，取重力加速度为10m/s2．问：
（1）若挂5kg的重物时，吸盘没有滑动，则吸盘与墙面间的摩擦力多大？
（2）若挂20kg的重物时，吸盘刚好要下滑，则吸盘与墙面间的动摩擦因数多大？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，大气压强p0=1.0×105Pa）
19．某一电动玩具的核心结构模型如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，在两磁铁正对的中间区域产生强磁场．金属线框上下两端带有金属转轴，转轴分别与电源的正负极都有良好的接触、不固定、无摩擦，这样整个线框就可以绕电池中心轴线旋转起来．下列判断中正确的是（　　）
A．从上向下看，线框沿顺时针方向旋转
B．从上向下看，线框沿逆时针方向旋转
C．电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率
D．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率
16．如图a，长度L=0.8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A，其电荷量Q=1.8×10-7C；一质量m=0.02kg，带电量为q的小球B套在杆上．将杆沿水平方向固定于某非均匀外电场中，以杆左端为原点，沿杆向右为x轴正方向建立坐标系．点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线I所示，小球B所受水平方向的合力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线Ⅱ所示，其中曲线Ⅱ在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范围可近似看作直线．求：（静电力常量k=9×109N•m/C2）

（1）小球B所带电量q；
（2）非均匀外电场在x=0.3m处沿细杆方向的电场强度大小E；
（3）在合电场中，x=0.4m与x=0.6m之间的电势差U．
（4）已知小球在x=0.2m处获得v=0.4m/s的初速度时，最远可以运动到x=0.4m．若小球在x=0.16m处受到方向向右，大小为0.04N的恒力作用后，由静止开始运动，为使小球能离开细杆，恒力作用的最小距离s是多少？
3．某同学用如图1所示的实验装置做“探究加速度与合力的关系”的实验，方法如下：在水平轨道的B点固定一个光电门，A点有一个小车，小车上有一个宽度为d的遮光条，用重物通过细线拉小车，小车在A点由静止开始运动．

（1）若A、B之间的距离为L，遮光条通过光电门的时间为t，则小车的加速度a=$\frac{{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$．
（2）本实验中，把重物的重力当作小车受到的合力，实验中缺少的一个重要步骤为平衡摩擦力．设重物的质量为m，小车的质量为M，则m远小于M（填“远大于”或“远小于”）．
（3）若甲、乙两个同学用同一装置做实验，为方便对比，两个同学画图时横、纵坐标的标度都是一样的，各自得到了a-F图象如图2所示，图象的斜率不同说明两位同学使用的器材中质量是不同的，且大小关系是m甲＞m乙．
13．某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．

（1）图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz．根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为1.6m/s，小车的加速度大小为3.2m/s2．（结果均保留两位有效数字）
（2）在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象（如图丙所示）．请继续帮助该同学作出坐标系中的图象．

（3）在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因．答：实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
20．正常情况下，空气是不导电的，但是如果空气中的电场很强，空气也可以被击穿，空气被击穿时会看到电火花或闪电．若观察到某次闪电的火花长约100m，且已知空气的击穿场强为3×106V/m，那么发生此次闪电的电势差约为多少？
17．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：

①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动．
②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg．请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化△Ek，补填表中空格里（结果保留至小数点后第四位）．
O-BO-CO-DO-EO-F
W/J0.04320.05720.07340.0915
△Ek/J0.04300.05700.07340.0907
分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=△Ek，与理论推导结果一致．
18．（1）在“探究加速度与质量的关系”的实验中①备有器材：A．长木板；B．电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C．细绳、小车、砝码；D．装有细砂的小桶；E．薄木板；F．毫米刻度尺；还缺少的一件器材是天平

（2）实验得到如图（a）所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距s2和D、E间距s4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达为a=$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2{T}^{2}}$．
（3）同学甲根据实验数据画出如图（b）所示a-$\frac{1}{m}$图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为0.02kg；（g取10m/s2）
（4）同学乙根据实验数据画出了图（c），从图线可知乙同学操作过程中可能末平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

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