题目内容

19.在“验证牛顿第二定律”的实验中,采用如图1所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.

(1)当M与m的大小关系满足M>>m时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.
(2)如图2,某同学根据测量数据做出的a-F图线,说明实验存在的问题是平衡摩擦力过度.
(3)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,每相邻两个计数点间还有4个点未画出,利用图3给出的数据可求出小车下滑的加速度a=0.460.(结果保留三位有效数字)

分析 (1)要求在什么情况下才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力,需求出绳子的拉力,而要求绳子的拉力,应先以整体为研究对象求出整体的加速度,再以M为研究对象求出绳子的拉力,通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有m<<M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.
(2)由图象分析出现的问题即可;
(3)由匀变速直线运动的推论△x=at2可以求出加速度.

解答 解:(1)以整体为研究对象有mg=(m+M)a,解得:a=$\frac{mg}{M+m}$,
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=$\frac{M}{M+m}$mg,
显然要有F=mg必有m+M=M,故有M>>m,即只有M>>m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.
(2)图中没有拉力时有了加速度,是由于实验前平衡摩擦力过度.
(3电源频率为50Hz,计时器打点时间间隔为0.02s,每两点之间还有4个点没有标出,所以相邻计数点间的时间间隔T=0.02×5=0.1s
由匀变速直线运动的推论△x=aT2可得,加速度:a=$\frac{{s}_{4}+{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{4.18+3.72-3.26-2.80}{4×0.{1}^{2}}×0.01$m/s=0.460m/s2.
故答案为:(1)M>>m;(2)平衡摩擦力过度;(3)0.460

点评 本题考查了实验注意事项、求加速度问题,验证牛顿第二定律实验时,要先平衡摩擦力,小车质量应远大于砂与砂桶的质量;应用匀变速直线运动的推论即可求出加速度.

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