7．某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，請(qǐng)回答下列有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的問題：

（1）該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備了圖中所示的實(shí)驗(yàn)裝置及下列輔助器材：
A．交流電源、導(dǎo)線
B．天平（含配套砝碼）
C．秒表
D．刻度尺
E．細(xì)線、砂和小砂桶
其中不必要的器材是C（填代號(hào)）
（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在小車拖動(dòng)的紙帶上打下一系列點(diǎn)跡，以此記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況．其中一部分紙帶上的點(diǎn)跡情況如圖甲所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)間間隔T=0.02s，測(cè)得A點(diǎn)到B、C點(diǎn)的距離分別為x1=5.99cm、x2=13.59cm，則在打下點(diǎn)跡B時(shí)，小車運(yùn)動(dòng)的速度vB=0.680m/s；小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度a=1.61m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（3）在驗(yàn)證“質(zhì)量一定，加速度a與合外力F的關(guān)系”時(shí)，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的a-F圖象，其中圖線不過原點(diǎn)的原因是平衡摩擦力過度，圖線在末端彎曲的原因是沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量．
（4）該實(shí)驗(yàn)中，若砂桶和砂的質(zhì)量為m，小車質(zhì)量為M，細(xì)線對(duì)小車的拉力為F，則拉力F與mg的關(guān)系式為F=$\frac{M}{M+m}$mg，若要使|$\frac{mg-F}{mg}$|＜10%，則m與M的關(guān)系應(yīng)滿足m＜$\frac{1}{9}$M．

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定測(cè)量的物理量，從而確定所需的器材．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的速度，根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出物體勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．
（3）圖3表明在小車的拉力為0時(shí)，小車有加速度，即合外力大于0，說明平衡摩擦力過度；當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，否則圖象將會(huì)發(fā)生彎曲；
（4）根據(jù)牛頓第二定律求出拉力和mg的關(guān)系，根據(jù)$\frac{mg-F}{mg}$＜10%，求出m與M的關(guān)系．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以測(cè)量時(shí)間，所以不需要秒表．上述器材中不必要的為C．
（2）B點(diǎn)的速度等于AC段的平均速度，則有：
vB=$\frac{{x}_{2}}{2T}$=$\frac{0.1359}{0.2}$=0.680m/s，
根據(jù)△x=aT2得：a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$=$\frac{0.1359-0.0599-0.0599}{0．{1}^{2}}$=1.61m/s2，
（3）由題目的圖象可知小車的拉力為0時(shí)，小車的加速度大于0，說明合外力大于0，說明平衡摩擦力過度，即木板與水平面的夾角太大，該實(shí)驗(yàn)中當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，隨著F的增大，即隨著鉤碼質(zhì)量增大，逐漸的鉤碼質(zhì)量不再比小車質(zhì)量小的多，因此會(huì)出現(xiàn)較大誤差，圖象會(huì)產(chǎn)生偏折現(xiàn)象．
（4）對(duì)整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
則繩子的拉力為：F=Ma=$\frac{M}{M+m}$mg．
要使$\frac{mg-F}{mg}$＜10%，
解得m＜$\frac{1}{9}$M．
故答案為：（1）C；（2）0.680；1.61；（3）平衡摩擦力過度；沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量；（4）F=$\frac{M}{M+m}$mg；m＜$\frac{1}{9}$M．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，然后結(jié)合物理規(guī)律去解決實(shí)驗(yàn)問題，會(huì)通過紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度．

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

17．利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h．某小組同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案．
A．用刻度尺測(cè)出物體下落高度h，用打點(diǎn)間隔數(shù)測(cè)出下落時(shí)間t，通過v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v．
B．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過v=$\sqrt{2gh}$ 計(jì)算出瞬時(shí)速度v．
C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計(jì)算得出高度
D．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v．
（1）以上方案中只有一種正確，正確的是D．（填入相應(yīng)的字母）
（2）在該實(shí)驗(yàn)中，有幾個(gè)注意點(diǎn)，以下描述正確的是AC．
A．為減小摩擦阻力，需要調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，使它在同一豎直線上
B．可以選用質(zhì)量很大的重錘，先用手托住，等計(jì)時(shí)器通電后再釋放重錘
C．只有選第1、第2兩打點(diǎn)間隔約2mm的紙帶才代表打第1點(diǎn)時(shí)的速度為零
D．實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果正確合理，得到的動(dòng)能增加量應(yīng)略大于重力勢(shì)能的減少量．

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科目：高中物理 來源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

18．在“探究動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化和守恒”的實(shí)驗(yàn)中采用重物自由下落的方法：
（1）實(shí)驗(yàn)供選擇的重物有以下四個(gè)，應(yīng)選擇C．
A．質(zhì)量為100g的木球            B．質(zhì)量為10g的砝碼
C．質(zhì)量為200g的鉤碼            D．質(zhì)量為10g的塑料球
（2）實(shí)驗(yàn)中不一定（填一定或不一定）要用天平測(cè)量重物的質(zhì)量．
（3）若某次實(shí)驗(yàn)中使用質(zhì)量m=1kg的重物自由下落，得到如圖所示的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.04s．那么從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中，重物重力勢(shì)能的減少量△Ep=2.33J （g=10m/s2，保留三位有效數(shù)字），此過程中重物動(dòng)能的增加量△Ek=2.26J（保留三位有效數(shù)字）．由此可得到的結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi)，重物的機(jī)械能守恒．

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科目：高中物理 來源： 題型：作圖題

15．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量為m1、m2的物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，研究紙帶上的點(diǎn)跡，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖中給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．已知電源的頻率為50Hz，m1=50克，m2=150克，重力加速度g=9.8m/s2 （所有結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）．

（1）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5=2.40 m/s；
（2）在打點(diǎn)0～5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量△Ek=0.576J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量△Ep=0.588 J．
（3）關(guān)于此實(shí)驗(yàn)，有以下建議：
A．繩的質(zhì)量要輕些．
B．繩子越長(zhǎng)越好．
C．兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能�。�
D．盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃．
以上建議對(duì)提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度有作用的是AD．

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

2．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，某位同學(xué)由于認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，操作過程中采用先釋放紙帶再開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的操作流程，而自身沒有認(rèn)識(shí)到問題，仍把第一點(diǎn)當(dāng)成是速度為零，那么他通過紙帶計(jì)算得到的結(jié)果會(huì)是（　�。�
A．mgh＞$\frac{1}{2}$mv2B．mgh＜$\frac{1}{2}$mv2C．mgh=$\frac{1}{2}$mv2D．無法確定

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

12．M和N是兩個(gè)都不帶電的物體．它們互相摩擦后，M帶正電荷2.72×10-9C，下列判斷不正確的是（　　）
A．在摩擦前M和N的內(nèi)部沒有任何電荷
B．摩擦過程中電子從M轉(zhuǎn)移到N
C．N在摩擦后一定帶負(fù)電荷2.72×10-9C
D．M在摩擦過程中失去1.7×1010個(gè)電子

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科目：高中物理 來源： 題型：解答題

19．如圖所示，A、B是帶有等量同種電荷的兩個(gè)小球，它們的質(zhì)量都是m，它們的懸線長(zhǎng)度都是L，懸線上端部固定在同一點(diǎn)O，B球懸線豎直且被固定，A球在力的作用下，在偏離B球X的地方靜止不動(dòng)，此時(shí)A受繩的拉力為F，現(xiàn)在保持其他條件不變，用改變A球質(zhì)量的方法，使A球在距離B球?yàn)?\frac{1}{2}$X處平衡，不考慮靜電感應(yīng)作用，則求：
（1）此時(shí)A受到的繩子的拉力大小與原拉力F的比值．
（2）此時(shí)A球質(zhì)量與原質(zhì)量m的比值．

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

16．下列說法中不正確的是（　�。�
A．地球公轉(zhuǎn)半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期平方之比不等于月球公轉(zhuǎn)半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期平方之比
B．牛頓推導(dǎo)萬有引力的過程中用到牛頓第二第三定律及開普勒第三定律
C．牛頓通過扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)出萬有引力常量
D．愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對(duì)論

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

17．在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（所用交流電的頻率為50Hz）得到如圖所示的紙帶．圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，s1、s2、s3、s4、s5、s6已經(jīng)測(cè)量出，下列表述正確的是（　�。�
A．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開紙帶再接通電源
B．（s6-s1）等于（s2-s1）的6倍
C．從紙帶可求出計(jì)數(shù)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的速率
D．相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s

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