18.圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源,打點的時間間隔用△t表示.在小車質(zhì)量未知的情況下,某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質(zhì)量間的關系”.

(1)完成下列實驗步驟中的填空:
①平衡小車所受的阻力:小吊盤中不放物塊,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列間隔均勻的點.
②按住小車,在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼.
③打開打點計時器電源,釋放小車,獲得帶有點列的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m.
④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復步驟③.
⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標注一個計數(shù)點.測量相鄰計數(shù)點的間距s1,s2,….求出與不同m相對應的加速度a.
⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標,$\frac{1}{a}$為縱坐標,在坐標紙上做出$\frac{1}{a}$-m關系圖線.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則$\frac{1}{a}$與m處應成線性關系(填“線性”或“非線性”).
(2)完成下列填空:
(。┍緦嶒炛校瑸榱吮WC在改變小車中砝碼的質(zhì)量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應滿足的條件是遠小于小車的質(zhì)量.
(ⅱ)設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2和s3.a(chǎn)可用s1、s3和△t表示為a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{△t}^{2}}$.圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=24.3mm,s3=47.2mm.由此求得加速度的大小a=1.15m/s2
(ⅲ)圖3為所得實驗圖線的示意圖.設圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為$\frac{1}{k}$,小車的質(zhì)量為$\frac{k}$.

分析 (1)根據(jù)實驗注意事項分析答題;
(2)應用勻變速直線運動的推論求出加速度;
(3)由牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式,然后根據(jù)圖示圖象分析答題.

解答 解:(1)①在平衡摩擦力時,應小吊盤中不放物塊,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列均勻的點,則此時說明小車做勻速運動;
⑥由牛頓第二定律:F=ma可知:$\frac{1}{a}=\frac{1}{F}$m,在F一定時,$\frac{1}{a}$與m成正比,$\frac{1}{a}$與與m成線性關系;
(2)(。┨骄颗nD第二定律實驗時,當小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和遠小于小車和車中砝碼的總質(zhì)量時,可以近似認為小車受到的拉力等于小吊盤和盤中物塊受到的重力,認為小車受到的拉力不變.
(ⅱ)兩個相鄰計數(shù)點之間還有4個點,打點計時器的打點時間間隔為△t,計數(shù)點間的時間間隔:t=5△t,
由勻變速直線運動的推論:△x=at2可知,加速度:a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{△t}^{2}}$,
若s1=24.3mm,s3=47.2mm,則a=$\frac{0.0472-0.0243}{50×0.0{2}^{2}}$=1.15m/s2;
(ⅲ)設小車質(zhì)量為M,由牛頓第二定律得:F=(M+m)a,則$\frac{1}{a}=\frac{1}{F}$m+$\frac{M}{F}$,
由圖示圖象可知:k=$\frac{1}{F}$,則拉力:F=$\frac{1}{k}$,b=$\frac{M}{F}$,則:M=bF=$\frac{k}$.
故答案為:(1)①間隔均勻;⑥線性;(2)(。┻h小于小車的質(zhì)量;(ⅱ)$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{50{△t}^{2}}$;1.15;(ⅲ)$\frac{1}{k}$;$\frac{k}$.

點評 實驗問題要掌握實驗原理、注意事項和誤差來源;遇到涉及圖象的問題時,要先根據(jù)物理規(guī)律寫出關于縱軸與橫軸的函數(shù)表達式,再根據(jù)斜率和截距的概念求解即可.

練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.下列說法正確的是( 。
A.曲線運動其加速度方向一定改變
B.兩個互成角度的勻變速直線運動的合運動可能是直線運動
C.合外力對物體做功不為零,機械能一定不守恒
D.根據(jù)F=kQ1Q2/r2可知,當r→0時,F(xiàn)→∞

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

9.某航空科研小組相互協(xié)作完成了下面的實驗:
A.太空中的小組成員駕駛飛船在距X星球一定高度的P點時,正對著X星球發(fā)射一個激光脈沖,經(jīng)過時間t1 后收到反射回來的信號;
B.太空中小組成員在P點觀察X星球時發(fā)現(xiàn)視角為60°;
C.小組成員駕駛飛船在X星球表面著陸后,把一個彈射器固定在星球表面上,以一定的速度豎直向上彈射一個小球,測得小球從彈射到落回的時間為t2;
D.地球上的小組成員用同樣的彈射器在地球表面上,以相同的速度豎直向上彈射一個小球,測得小球在空中運動的時間為t3;
E.地球上的小組成員將同樣的彈射器平放在水平桌面上,以相同的速度水平彈射一個小球,測得小球的水平射程為x,桌面離地高度為h;
F.他們查資料得知萬有引力常量為G,光速為c.
根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù),可知算出(用上述的物理量表示)
(1)X星球表面距P點的距離為H=$\frac{1}{2}c{t}_{1}$.
(2)X星球的半徑為R=$\frac{1}{2}c{t}_{1}$.
(3)地球表面的重力加速度為g=$\frac{2{x}^{2}}{h{t}_{3}^{2}}$.
(4)X星球表面的重力加速度為g1=$\frac{2{x}^{2}}{h{t}_{2}{t}_{3}}$.
(5)X星球的密度為ρ=$\frac{3{x}^{2}}{πGhc{t}_{1}{t}_{2}{t}_{3}}$.

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

6.一輛汽車在高速公路上以30m/s的速度勻速行駛,由于在前方出現(xiàn)險情,司機采取緊急剎車,剎車加速度的大小為5m/s2,求:
(1)汽車剎車后10s內(nèi)滑行的距離.
(2)從開始剎車汽車滑行50m所經(jīng)歷的時間.
(3)在汽車停止前3秒內(nèi)汽車滑行的距離.

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13.(1)下列表格是某同學利用“超聲波運動記錄儀”研究某勻變速直線運動獲得的實驗數(shù)據(jù)(時刻-速度),請作出描述該運動的v-t圖象;
t(s)3.853.954.054.154.25
v(m/s)0.030.971.942.923.96
(2)試求出該運動的加速度a=9.80m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

3.某學習小組做“探究功與物體速度變化的關系”的實驗裝置如圖1所示.圖中小車在一條橡皮筋作用下彈出沿木板滑行,橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條…完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次…實驗時,使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都完全相同.每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶求出.通過實驗數(shù)據(jù)分析可以得出功與物體速度變化的關系.

(1)實驗操作中需平衡小車受到的摩擦力,其最根本的目的是B.
A.防止小車不能被橡皮筋拉動       B.保證橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功
C.便于小車獲得較大的彈射速度     D.防止紙帶上點跡不清晰
(2)如圖2是某同學在正確實驗操作過程中得到的一條紙帶,O、A、B、C、D、E、F為選取的計數(shù)點,相鄰的兩個計數(shù)點間有一個點沒有畫出,各計數(shù)點到O點的距離分別為:0.87cm、4.79cm、8.89cm、16.91cm、25.83cm、34.75cm,若打點計時器的打點頻率為50Hz,則由該紙帶可知本次實驗中橡皮筋做功結(jié)束時小車的速度是2.23m/s(結(jié)果取三位有效數(shù)字).

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.下列說法正確的是(  )
A.所有波都能發(fā)生干涉、衍射、偏振和多普勒效應
B.機械波既有橫波又有縱波,而電磁波只有縱波
C.紅外線有殺菌、消毒作用,紫外線有熱作用
D.變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場,是麥克斯韋最先提出的基本假設之一

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.一定質(zhì)量理想氣體的壓強P隨體積V的變化過程如圖所示(CA是雙曲線的一段),在此過程中( 。
A.氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,溫度降低,內(nèi)能減少
B.氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C,一定向外放出熱量,內(nèi)能不變
C.氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C,一定從外界吸收熱量,內(nèi)能增加
D.氣體從狀態(tài)C到狀態(tài)A,溫度不變,放出熱量

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14.如圖所示,有一束平行于等邊三棱鏡橫截面ABC的單色光從空氣射向E點,并偏折到F點,已知入射方向與邊AB的夾角為θ=30°,E、F分別為邊AB、BC的中點,則下列說法正確的是( 。
A.該棱鏡的折射率為$\sqrt{3}$
B.光在F點發(fā)生全反射
C.光從空氣進入棱鏡,波長變長
D.光從空氣進入棱鏡,光速變小
E.從F點出射的光束與入射到E點的光束相比較偏折了60°

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