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.
| 钩码个数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 弹力F/N | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 |
| 弹簧的长度x/cm | 7.0 | 9.0 | 11.0 | 13.0 | 15.0 |
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=50N/m;该弹簧的自重为0.2N.
| 型 号 | SP-988 | 额定功率 | 1800W |
| 额定电压 | 220V | 额定容量 | 1.8L |
| A. | 0.22A | B. | 26.9A | C. | 8.18A | D. | 0.12A |