题目内容

某研究小组在“探究加速度和力、质量的关系”时，利用气垫导轨和光电门进行实验．气垫导轨可以在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，从而极大地减少摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动．光电门可以准确地记录滑块挡光板通过光电门的时间，从而得到滑块通过光电门的速度，如图1所示．

（1）实验时，该小组将托盘和砝码的重力作为滑块所受合外力，但实际上二者只是近似相等，请回答，二者近似相等需耍满足什么条件？
______
（2）滑块挡光板宽度为d某次实验时发现光电门记录时间为△t则滑块通过光电门时的速度大小的表达式V=______．
（3）该小组保持滑块质量恒定，光电门的位置固定，并且始终从同一位置释放，不断改变砝码的个数，并通过计算得到多组滑块通过光电门的数据，如下表所示．
托盘砝码总质量（g）102030405060
v（m/s）0.500.710.861.011.121.23
1/v（s/m）2.001.411.160.990.890.81
v2（m2/s2）0.250.500.741.021.251.51
为了便于研究合外力与加速度的关系，该小组用托盘和砝码的总质量代表合外力作为横轴，请你选择合适的物理量代表加速度作为纵轴，并利用表格中数据在坐标纸中选择标度描点作图．如图2，通过绘出的图线可以得到如下结论：在滑块质量一定时，______．
【答案】分析：（1）托盘和砝码拖着滑块做加速运动，实际上托盘和砝码的重力和绳子的拉力（滑块的合力）是不等的，根据牛顿第二定律判断在什么条件下可以近似相等；
（2）物体在极短时间内的平均速度等于瞬时速度，根据这一结论求出滑块通过光电门时的速度大小的表达式；
（3）滑块始终从同一高度释放，做匀加速直线运动，根据公式v2=2ah得到，v2∝a，应该作m-v2图象；外力一定时，加速度与合外力成正比．
解答：解：（1）设托盘和砝码的质量为m，滑块的质量为M，根据牛顿第二定律得，a=．
绳子的拉力为滑块的合力，为T=Ma==．当m＜＜M时，托盘和砝码的重力等于滑块所受合外力．
（2）极短时间内的平均速度等于瞬时速度，则滑块通过光电门时的速度大小v=．
（3）滑块始终从同一高度释放，做匀加速直线运动，根据公式v2=2ah得到，v2∝a，应该作m-v2图象，如图所示；

根据公式v2=2ah得到，v2∝a；而mg=F；根据图象m∝v2；故a∝F，即质量一定时，加速度与合外力成正比．
故答案为：（1）托盘和砝码的总质量远小于滑块的质量；（2）；（3）如图所示，加速度与合外力成正比．
点评：解决本题的关键知道托盘和砝码的重力等于滑块的合力的条件以及原因，以及掌握极限法的运用．
练习册系列答案
相关题目
（1）如图所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W，当我们用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出，而后确定橡皮筋做的功和物体速度变化的关系．回答下列问题：

①除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有低压交流电源和
刻度尺
刻度尺
；
②实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是
木块的末端垫高，平衡摩擦力
木块的末端垫高，平衡摩擦力
；
③若某次实验打出的一条纸带如图所示，则小车由于橡皮筋弹力做功所获得的速度为
1.00m/s
1.00m/s
m/s．（打点计时器所用交变电压的频率为50Hz）

（2）某课题研究小组，收集了数码相机、手机等用旧了的各种类型的电池，以及从废旧电器上拆下的电阻、电容、电感线圈、白炽灯等元件．现从这些材料中选取两个待测元件，即电阻R0（约为2KΩ））和白炽灯．现用手机中的锂电池 （电动势E标称值为3.7V，允许最大放电电流为300mA）以及可供选择的下列器材进行实验：
A．电压表V（量程4V，电阻RV约为4.0kΩ）
B．电流表A1（量程300mA，电阻RA1约为5Ω）
C．电流表A2（量程2mA，电阻RA2约为10Ω）
D．滑动变阻器R1 （0～20Ω，额定电流lA）
E．电阻箱R2（0～999.9Ω）
F．开关S一只，导线若干
①为了测定电阻R0的阻值，小组的一位成员，设计了如图甲所示的电路原理图并选取了相应的器材 （电源用手机中的锂电池），其中有一种器材选取不妥，应做出的调整是
电流表A1换成电流表A2
电流表A1换成电流表A2
．
②为研究白炽灯的伏安特性曲线，该同学重新设计了一个实验电路，测出了加在灯两端的电压U和通过灯的电流I共8组数据 （见下表）：
次数 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00
I/A 0 0.08 0.13 0.18 0.20 0.24 0.29
请在图乙坐标中，描点作出U一I图线．由图象可知，随着电流的增大，白炽灯的电阻
增大
增大
（选填“增大“、“减小“或“不变“）．

（17分）（1）某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动。质量分别为和的A、B小球处于同一高度，M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影。用小锤打击弹性金属片，使A球沿水平方向飞出，同时松开B球，B球自由下落。A球落到地面N点处，B球落到地面P点处。测得=0.04kg，=0.05kg，B球距地面的高度是1.225m，M、N点间的距离为1.500m，则B球落到P点的时间是____________s，A球落地时的动能是__________J。（忽略空气阻力，g取9.8）

（2）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
小灯泡L，规格“4.0V，0.7A”；
电流表A1，量程3A，内阻约为；
电流表A2，量程0.6A，内阻；
电压表V，量程3V，内阻；
标准电阻，阻值；
标准电阻，阻值；
滑动变阻器，阻值范围；
学生电源E，电动势6V，内阻不计；
开关S及导线若干。
①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为________________。

②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是_________________V。
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

（1）在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是____________________

②本实验采用的科学方法是（   ）

A.理想实验法

B.等效替代法

C.控制变量法

D.建立物理模型法

（2）在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取A、 B、 C、 D、 E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T=0.02 s的交流电源．他经过测量并计算得到打点计时器在打B、 C、 D、 E、F各点时物体的瞬时速度如下表：

①计算的公式为=          ；

②根据（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，作出v－t图象，并求物体的加速度

a=     m/s2 ;

（3）某同学设计了如图甲所示的装置来探究加速度与力的关系。打点计时器固定在一端带有定滑轮的长木板上，细绳的两端分别与带有纸带小车和矿泉水瓶连接。

①该小组在实验操作中，在保持小车的质量不变的情况下，向矿泉水瓶中逐渐加水，研究小车加速度与小车受力的关系。这种实验研究方法叫做              。

②利用多次测量的数据，画出了如图丙所示的a-F关系图线。

分析发现图线在水平轴上有明显的截距  （OA不为零），这是因为：_      ___                 _____。

 

（17分）（1）某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动。质量分别为和的A、B小球处于同一高度，M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影。用小锤打击弹性金属片，使A球沿水平方向飞出，同时松开B球，B球自由下落。A球落到地面N点处，B球落到地面P点处。测得=0.04kg，=0.05kg，B球距地面的高度是1.225m，M、N点间的距离为1.500m，则B球落到P点的时间是____________s，A球落地时的动能是__________J。（忽略空气阻力，g取9.8）

（2）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L，规格“4.0V，0.7A”；

电流表A1，量程3A，内阻约为；

电流表A2，量程0.6A，内阻；

电压表V，量程3V，内阻；

标准电阻，阻值；

标准电阻，阻值；

滑动变阻器，阻值范围；

学生电源E，电动势6V，内阻不计；

开关S及导线若干。

①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为________________。

②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是_________________V。

③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。