在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中,采用如圖(1)所示的實(shí)驗(yàn)裝置.小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示,盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出.精英家教網(wǎng)
(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足
 
時,才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的總重力.
(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時,保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定,改變小車及車中砝碼的質(zhì)量,測出相應(yīng)的加速度,采用圖象法處理數(shù)據(jù).為了比較容易地歸納出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系,應(yīng)該作a與
 
的圖象.圖(2)是某同學(xué)在此實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶,其中兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)未畫出.已知打點(diǎn)計(jì)時器使用的交流電源的頻率為50Hz,則小車運(yùn)動的加速度a=
 
m/s2
(3)保持小車和數(shù)字測力計(jì)的總質(zhì)量一定,改變鉤碼的質(zhì)量,測出相應(yīng)的加速度.采用圖象法處理數(shù)據(jù).請同學(xué)們根據(jù)測量數(shù)據(jù)描出的點(diǎn)作出a-F圖象(圖在答卷紙上),并根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線,說明實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的問題是
 

(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn),畫出了各自得到的a-F圖線如圖(3)所示,兩個同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時的哪一個物理量取值不同?
 
分析:(1)要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力,需求出繩子的拉力,而要求繩子的拉力,應(yīng)先以整體為研究對象求出整體的加速度,再以M為研究對象求出繩子的拉力,通過比較繩對小車的拉力大小和盤和盤中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有m<<M時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力.
(2)反比例函數(shù)圖象是曲線,而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系;正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線,就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系.根據(jù)a=
△x
T2
,可以算出小車的加速度.
(3)圖中沒有拉力時就產(chǎn)生了加速度,說明平衡摩擦力時木板傾角過大.
(4)a-F圖象的斜率等于物體的質(zhì)量,故斜率不同則物體的質(zhì)量不同.
解答:解:(1)根據(jù)牛頓第二定律得:
對m:mg-F=ma
對M:F=Ma
解得:F=
mMg
M+m
=
mg
1+
m
M

當(dāng)M>>m時,即小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和盤的總質(zhì)量,繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力.
(2)根據(jù)牛頓第二定律F=Ma,a與M成反比,而反比例函數(shù)圖象是曲線,而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系,故不能作a-M圖象;
但a=
F
M
,故a與
1
M
成正比,而正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線,就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系,故應(yīng)作a-
1
M
圖象;
每兩點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)沒有標(biāo)出,所以相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1s
由數(shù)據(jù)可知,在相等的時間內(nèi)的位移之差是相等的,因此
根據(jù)作差法得:a=
△x
T2
=
2.53-2.14
0.01
×10-2
=0.39m/s2
精英家教網(wǎng)(3)圖中有拉力時也不產(chǎn)生了加速度,說明沒有平衡摩擦力,或平衡摩擦力過。
(4)由圖可知在拉力相同的情況下a>a,
根據(jù)F=ma可得m=
F
a
,即a-F圖象的斜率等于物體的質(zhì)量,且m<m.故兩人的實(shí)驗(yàn)中小車及車中砝碼的總質(zhì)量M不同.
故答案為:(1)m<<M
(2)
1
M
; 0.39;
(3)沒有平衡摩擦力  
(4)M
點(diǎn)評:只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目,而實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān),故要加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

(2007?廣東)在驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律的實(shí)驗(yàn)中有如圖(a)所示的裝置,小車放在斜面上,車前端拴有不可伸長的細(xì)線,跨過固定在斜面邊緣的小滑輪與重物相連,小車后面與穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶相連.開始時,小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時器的位置,重物到地面的距離小于小車到滑輪的距離.啟動計(jì)時器,釋放重物,小車在重物牽引下,由靜止開始沿斜面向上運(yùn)動,重物落地后,小車會繼續(xù)向上運(yùn)動一段距離.打點(diǎn)計(jì)時器使用的交流電頻率為50Hz.圖(b)中a、b、c是小車運(yùn)動紙帶上的三段,紙帶運(yùn)動方向如圖箭頭所示.

(1)根據(jù)所+提供的紙帶和數(shù)據(jù),計(jì)算打c段紙帶時小車的加速度大小為
5
5
m/s2(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).
(2)打a段紙帶時,小車的加速度大小是2.5m/s2,請根據(jù)加速度的情況,判斷小車運(yùn)動的最大速度可能出現(xiàn)在b段紙帶中的
D4D5
D4D5
兩點(diǎn)之間.
(3)若g取10m/s2,由紙帶數(shù)據(jù)可推算出重物m與小車的質(zhì)量M之比為m:M=
1:1
1:1

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

實(shí)驗(yàn)題
在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中,采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置.
小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示,盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出.
(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足
M遠(yuǎn)大于m
M遠(yuǎn)大于m
時,才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力.
(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時,保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定,改變小車及車中砝碼的質(zhì)量,測出相應(yīng)的加速度,采用圖象法處理數(shù)據(jù).為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系,應(yīng)該作a與
1
M
1
M
的圖象.
(3)如圖2所示為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線,說明實(shí)驗(yàn)存在的問題是
沒有平衡摩擦力或平衡時角度過小.
沒有平衡摩擦力或平衡時角度過。

(4)某同學(xué)在做加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示:
F
N
0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
a/(m?s-2 0.11 0.19 0.29 0.40 0.51
請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中作出a-F圖象(圖3);
(5)圖象的斜率的物理意義是
小車的總質(zhì)量的倒數(shù)
小車的總質(zhì)量的倒數(shù)

(6)在“探究兩個共點(diǎn)力的合成”實(shí)驗(yàn)中,某小組做實(shí)驗(yàn)時得出如圖4所示的圖(O為橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)).圖中
F
F
是F1與F2合力的實(shí)驗(yàn)值,為使橡皮筋沿豎直方向伸長,那么互成角度的兩彈簧秤所施的力F1和F2必須
C
C

A.等大  B.互相垂直  C.水平分力,等大反向  D.豎直分力等大
(7)做勻變速直線運(yùn)動的小車帶動紙帶通過電火花計(jì)時器,打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖5所示.每相鄰兩點(diǎn)間還有四點(diǎn)未畫出來,電火花計(jì)時器使用的是220V、T=0.02s的交流電,求:電火花計(jì)時器打第2個計(jì)數(shù)點(diǎn)時,小車的速度v2=
0.49
0.49
m/s,小車的加速度a=
0.88
0.88
m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:

現(xiàn)要驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時,物體運(yùn)動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律.給定的器材如下:
一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面(如圖1所示)小車、計(jì)時器一個、米尺.
(1)填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖,完善以下?shí)驗(yàn)步驟(不考慮摩擦力的影響):
①讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)A1從靜止開始下滑至斜面底端A2,記下所用的時間t;
②用米尺測量A1與A2之間的距離x,則小車的加速度a=
2s 
t2
2s 
t2

③用米尺測量A1相對于A2的高度h.設(shè)小車所受重力為mg,則小車所受合外力F=
mgh
s
mgh
s
;
④改變
改變斜面的傾角或斜面高h(yuǎn)
改變斜面的傾角或斜面高h(yuǎn)
,重復(fù)上述測量;
⑤以h為橫坐標(biāo),
1
t2
為縱坐標(biāo),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖.如能得到一條過原點(diǎn)的直線,則可以驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時,物體運(yùn)動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律.
(2)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2中的甲所示,有一位同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測量作出了圖乙中的A圖線.試分析:
①A圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是
沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠
沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠
;
②A圖線上部彎曲的原因是
未滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量
未滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

(1)如圖甲所示,在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要步驟是:將橡皮筋的一端固定在木板上的A點(diǎn),另一端拴上兩根繩套,每根繩套分別連著一個彈簧測力計(jì).第一次沿著兩個方向拉彈簧測力計(jì),將橡皮筋的活動端拉到某一位置,將該位置標(biāo)記為O點(diǎn),讀取此時彈簧測力計(jì)的示數(shù),分別記錄為F1、F2,并用筆在兩繩的拉力方向上分別標(biāo)記a、b兩點(diǎn),分別將其與O點(diǎn)連接,表示兩力的方向.第二次用一個彈簧測力計(jì)將橡皮筋的活動端仍拉至O點(diǎn),記錄其拉力F的大小并用上述方法記錄其方向.
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①兩次用彈簧測力計(jì)將橡皮筋的活動 端都要拉至O點(diǎn),這樣做的目的是
 

②圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的力的圖示,其中
 
是F1和F2合力的實(shí)際測量值.(填F或F')
③這位同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中確定分力方向時,圖甲所示的a點(diǎn)標(biāo)記得不妥,其原因是
 

(2)在”驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中,以下做法錯誤的是
 

A.平衡摩擦力時,應(yīng)將小盤用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B.每次改變小車的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力
C.實(shí)驗(yàn)時,先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時器電源
D.求小車運(yùn)動的加速度時,可用天平測出小盤的質(zhì)量m′以及小車質(zhì)量M,直接用公式a=
m′M
g求出
(3)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn),圖(a)為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖.(交流電的頻率為50Hz,打點(diǎn)時間間隔為0.02秒)
①圖(b)為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為
 
m/s2.(保留二位有效數(shù)字)
②保持砂和砂桶質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的數(shù)據(jù),如何利用這些數(shù)據(jù)才能比較直觀地確定小車加速度a與質(zhì)量m之間的關(guān)系呢?
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③保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,甲、乙兩位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖(c)、(d)所示.圖(c)中的圖線上部出現(xiàn)了彎曲偏離了原來的直線,其主要原因是
 
.圖(d)中的圖線不通過原點(diǎn),其主要原因是
 

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科目:高中物理 來源: 題型:

某同學(xué)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中,保持小車所受的合力F的大小不變,改變小車的質(zhì)量m,得到了不同m時的加速度大小a,并繪出了a-
1
m
的圖象,則( 。
A、圖象是一條直線,直線的斜率表示小車受到的合力的倒數(shù)
B、圖象是一條直線,直線的斜率表示小車受到的合力
C、圖象是一條曲線,曲線各點(diǎn)的切線斜率表示小車受到的合力的倒數(shù)
D、圖象是一條曲線,曲線各點(diǎn)的切線斜率表示小車受到的合力

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