题目内容

20.《探究加速度与物体质量、物体受力的关系》实验装置如图1所示.(a)在研究加速度与物体质量的关系中,需要保持小沙袋的质量不变,而去改变小车质量,来探究小车运动加速度与小车质量的关系.(b)在实验中,为减小实验误差,要把斜面右端垫高一些,以平衡摩擦力,使小车受到合力等于绳对小车的拉力;那么在每次改变小车质量后,是否要重新平衡摩擦力?不要(填“不要”或“要”).(c)在寻找加速度和质量的关系,采用图象方法处理数据,图象坐标应该选用a-$\frac{1}{m}$(填“a一m”或“a一1/m”)

(d)在“探究机械能守恒定律”的实验中,电火花打点计时器所用的电源频率为50Hz:所使用重锤质量为0.5kg,当地的重力加速度为9.79m/s2.某同学实验中的纸带如图所示,图中标出A、B、C、D各点到0点的距离;其中A点到O点之间不知打了几个点,但A、B、C、D各点之间只打一个点.若实验中取打0点时重锤位置为零重力势能参考平面,则打点器在打C点时,重锤的速度大小是2.33m/s,州s,重力势熊是-1.37J,机械能是-0.0100J.(要求保留3位有效数字)

分析 (1)探究加速度与质量和合力的关系,采用控制变量法,实验时需平衡摩擦力,改变小车的质量,不需重新平衡摩擦力,为了得出加速度与质量的关系,应作出线性关系图线.根据牛顿第二定律,运用整体法和隔离法得出拉力的表达式,从而得出细线对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力的条件.
(2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的瞬时速度,知道零势能点,根据Ep=mgh可以求出C点的重力势能,机械能等于动能和势能之和.

解答 解:(a)研究加速度与物体质量的关系时,要保持小沙袋的质量不变,改变小车质量,来探究小车运动加速度与小车质量的关系.
(b)平衡摩擦力后,小车重力沿木板方向的分力等于小车受到的滑动摩擦力,改变小车的质量后,不需要重新平衡摩擦力.
(c)由牛顿第二定律可知:a=$\frac{F}{m}$=$\frac{1}{m}$F,在F一定时a与$\frac{1}{m}$成正比,为了方便实验数据处理,
应用图象法处理探究加速度和质量的关系实验数据,需作出线性关系图线,所以应作a-$\frac{1}{m}$图线.
(d)根据匀变速直线运动的规律可知C点的速度等于BD段的平均速度,因此有:vC=$\frac{{x}_{BD}}{4T}$=$\frac{0.3815-0.1950}{4×0.02}$≈2.33m/s;
若实验中取打O点时重物位置为零重力势能参考平面,则C点的重力势能为:EP=-mghOC=-0.5×9.79×280.5×10-3J=-1.37J
C点的动能为:EK=$\frac{1}{2}$mvC2=$\frac{1}{2}$×0.5×2.332≈1.36J,C点的机械能为:E=Ep+Ek=-1.37J+1.36J=-0.0100J;
故答案为:2.33,-1.37,-0.01
故答案为:(a)小沙袋的质量;(b)不要;(c)a-$\frac{1}{m}$;(d)2.33;-1.37;-0.0100.

点评 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.
纸带问题的处理是力学实验中常见的问题.我们可以纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度等.

练习册系列答案
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11.(1)为探究弹簧的弹力与形变量的关系(形变在弹性限度之内),甲同学设计了如图实验,装置图如1:

第一步,调节弹簧与力传感器和滑块连接点位置,使弹簧与气垫导轨平行.
第二步,调节气垫导轨处于水平.调节气垫导轨的螺钉,若力传感器的示数为零,则表示气垫导轨已经调整水平.并记录此时滑块的位置X1.
第三步,把沙桶和滑块通过快过定滑轮的细线链接起来,调节滑轮高低使得细线与导轨平行.
第四步,往沙桶里加入适量的细沙,记录滑块静止时的位置X1及力传感器的示数F1.
第五步,重复第四步实验多次,依次记录滑块的位置X2.X3…Xn…及相应的力传感器的示数F2、F3…Fn….
第六步,在坐标纸上作出F与(Xn-X0)图象,如图2,则可得结论:弹簧弹力与形变量成线性关系.
图象不过原点的可能原因是:弹簧应处于压缩状态;若纵截距值很小可忽略,则有图象知滑块从Xn位置运动到Xn位置过程中滑块对弹簧做的功:W=$\frac{1}{2}$Fn(xn-x0)(用Fn、X0、Xn表示).
(2)在上述基础之上,乙同学也想用上述装置研究弹簧.滑块.沙桶和沙组成的系统机械能是否守恒,他进行了如下操作.在沙桶中加入适量的沙子,使系统处于静止状态,然后用手托住沙桶沿竖直方向运动,使滑块恰好回XnXn已知)位置,放手后,沙桶下落.该同学为了完成本实验,下列必需的操作是:CD.
A.测量滑块的质量M
B.测量沙和沙桶的总质量m
C.记录系统静止时滑块的位Xn
D.记录滑块向右运动的最大位置记Xn.

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