题目内容

18.某探究学习小组探究牛顿第二定律中,探究质量一定时物体的加速度与合外力成正比,实验装置如图.

①开始时,气垫导轨是不挂钩码置于水平桌面上的,不需要(选填“不需要”或“需要”) 垫高气垫导轨的右端以平衡滑块的摩擦力.
②为了使滑块所受的合外力约等于钩码的重力,滑块的质量远大于(选填“远大于”或“远小于”或“不需要远大于”)钩码的质量.
③图是实验时所打一条纸带(每两点间还有4个点没有画出来),图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离.打点计时器的电源频率为50Hz.该匀变速直线运动的加速度大小为a=1.93m/s2(保留3位有效数字).

分析 (1)在该试验中,要保证滑块受到的水平方向的拉力等于钩码的重力,所以要考虑是否有摩擦力.
(2)当钩码P的总质量远小于小车及砝码总质量时,可以认为小车受到的拉力等于钩码P的重力.
(3)根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以根据逐差法,即可求出加速度的大小.

解答 解:1.在该试验中,由于气体把滑块向上托起,滑块不受摩擦力的影响,保证了滑块受到的水平方向的拉力等于钩码的重力.故不需要平衡摩擦力.
2.根据牛顿第二定律得,整体的加速度a=$\frac{mg}{m+M}$,
则绳子的拉力T=Ma=$\frac{Mmg}{m+M}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$
当M>>m时,认为绳子对小车的拉力大小等于钩码P的重力.
3.根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值
得:a=$\frac{1}{3}$(a1+a2+a3)
代入数据解得a=1.93m/s2.
故答案为:①不需要   ②远大于   ③1.93m/s2

点评 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数据处理以及注意事项,尤其是理解平衡摩擦力和M>>m的操作和要求的含义.只要掌握了实验原理就能顺利解决此类题目,就能举一反三,所以要注意基本原理的学习.

练习册系列答案
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9.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,

(1)从下列给出的器材中选出实验中所需的,并将它们填在横线上(填编号)
A、电磁打点计时器    B、天平      C、低压交流电源      D、低压直流电源
E、细绳和纸带   F、钩码和小车      G、秒表   H、一端有滑轮的长木板  I、刻度尺
选出的器材有ACEFHI
(2)某同学按照以下步骤进行操作:
A、换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带;
B、将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,接上低压交流电源;
C、把小车停在靠近打点计时器的地方,先放开小车,再接通电源;
D、断开电源,取下纸带;
E、把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上砝码;
F、把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器;
以上步骤有错误的是C理由是实验时,不能先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,应该先接通电源,待打点计时器开始打点后再释放小车;
步骤合理的顺序是:BEFCDA(填步骤前的字母).
(3)利用打点计时器测定直线运动的小车的速度,如图1给出了该次实验中,从0点开始,每5个点取一个计数点的纸带,其中0,1,2,3,4,5 都为计数点.测得相邻两计数点间的距离分别为:s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm.在计时器打出点1,2,3,4时,小车的速度分别为:v1=0.165m/s,v2=0.214m/s,v3=0.263m/s,v4=0.3135m/s.作出v-t图象,并由图象求出小车的加速度a=0.495m/s2.

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