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在“驗證牛頓運動定律”的實驗中,采用如圖(1)所示的實驗裝置.小車及車中砝碼的質量用M表示,盤及盤中砝碼的質量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出.精英家教網
(1)當M與m的大小關系滿足
 
時,才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的總重力.
(2)一組同學在做加速度與質量的關系實驗時,保持盤及盤中砝碼的質量一定,改變小車及車中砝碼的質量,測出相應的加速度,采用圖象法處理數據.為了比較容易地歸納出加速度a與質量M的關系,應該作a與
 
的圖象.圖(2)是某同學在此實驗中獲得的一條紙帶,其中兩相鄰計數點間有四個點未畫出.已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz,則小車運動的加速度a=
 
m/s2
(3)保持小車和數字測力計的總質量一定,改變鉤碼的質量,測出相應的加速度.采用圖象法處理數據.請同學們根據測量數據描出的點作出a-F圖象(圖在答卷紙上),并根據測量數據作出的a-F圖線,說明實驗過程中可能存在的問題是
 

(4)乙、丙同學用同一裝置做實驗,畫出了各自得到的a-F圖線如圖(3)所示,兩個同學做實驗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系得出只有m<<M時才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力.
(2)反比例函數圖象是曲線,而根據曲線很難判定出自變量和因變量之間的關系;正比例函數圖象是過坐標原點的一條直線,就比較容易判定自變量和因變量之間的關系.根據a=
△x
T2
,可以算出小車的加速度.
(3)圖中沒有拉力時就產生了加速度,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量,故斜率不同則物體的質量不同.
解答:解:(1)根據牛頓第二定律得:
對m:mg-F=ma
對M:F=Ma
解得:F=
mMg
M+m
=
mg
1+
m
M

當M>>m時,即小車的質量遠大于砝碼和盤的總質量,繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力.
(2)根據牛頓第二定律F=Ma,a與M成反比,而反比例函數圖象是曲線,而根據曲線很難判定出自變量和因變量之間的關系,故不能作a-M圖象;
但a=
F
M
,故a與
1
M
成正比,而正比例函數圖象是過坐標原點的一條直線,就比較容易判定自變量和因變量之間的關系,故應作a-
1
M
圖象;
每兩點之間還有4個點沒有標出,所以相鄰計數點間的時間間隔T=0.1s
由數據可知,在相等的時間內的位移之差是相等的,因此
根據作差法得:a=
△x
T2
=
2.53-2.14
0.01
×10-2
=0.39m/s2
精英家教網(3)圖中有拉力時也不產生了加速度,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F=ma可得m=
F
a
,即a-F圖象的斜率等于物體的質量,且m<m.故兩人的實驗中小車及車中砝碼的總質量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
點評:只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目,而實驗步驟,實驗數據的處理都與實驗原理有關,故要加強對實驗原理的學習和掌握.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源: 題型:

(2007?廣東)在驗證牛頓運動定律的實驗中有如圖(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計時器的紙帶相連.開始時,小車停在靠近打點計時器的位置,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動,重物落地后,小車會繼續(xù)向上運動一段距離.打點計時器使用的交流電頻率為50Hz.圖(b)中a、b、c是小車運動紙帶上的三段,紙帶運動方向如圖箭頭所示.

(1)根據所+提供的紙帶和數據,計算打c段紙帶時小車的加速度大小為
5
5
m/s2(計算結果保留兩位有效數字).
(2)打a段紙帶時,小車的加速度大小是2.5m/s2,請根據加速度的情況,判斷小車運動的最大速度可能出現在b段紙帶中的
D4D5
D4D5
兩點之間.
(3)若g取10m/s2,由紙帶數據可推算出重物m與小車的質量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

實驗題
在“驗證牛頓運動定律”的實驗中,采用如圖1所示的實驗裝置.
小車及車中砝碼的質量用M表示,盤及盤中砝碼的質量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出.
(1)當M與m的大小關系滿足
M遠大于m
M遠大于m
時,才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力.
(2)一組同學在做加速度與質量的關系實驗時,保持盤及盤中砝碼的質量一定,改變小車及車中砝碼的質量,測出相應的加速度,采用圖象法處理數據.為了比較容易地檢查出加速度a與質量M的關系,應該作a與
1
M
1
M
的圖象.
(3)如圖2所示為甲同學根據測量數據作出的a-F圖線,說明實驗存在的問題是
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)某同學在做加速度和力、質量的關系的實驗中,測得小車的加速度a和拉力F的數據如下表所示:
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
請根據表中的數據在坐標紙中作出a-F圖象(圖3);
(5)圖象的斜率的物理意義是
小車的總質量的倒數
小車的總質量的倒數
;
(6)在“探究兩個共點力的合成”實驗中,某小組做實驗時得出如圖4所示的圖(O為橡皮條與細繩套的結點).圖中
F
F
是F1與F2合力的實驗值,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)做勻變速直線運動的小車帶動紙帶通過電火花計時器,打出的部分計數點如圖5所示.每相鄰兩點間還有四點未畫出來,電火花計時器使用的是220V、T=0.02s的交流電,求:電火花計時器打第2個計數點時,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.(結果保留兩位有效數字)

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科目:高中物理 來源: 題型:

現要驗證“當質量一定時,物體運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:
一傾角可以調節(jié)的長斜面(如圖1所示)小車、計時器一個、米尺.
(1)填入適當的公式或文字,完善以下實驗步驟(不考慮摩擦力的影響):
①讓小車自斜面上方一固定點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
改變斜面的傾角或斜面高h
,重復上述測量;
⑤以h為橫坐標,
1
t2
為縱坐標,根據實驗數據作圖.如能得到一條過原點的直線,則可以驗證“當質量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律.
(2)在“驗證牛頓運動定律”的實驗中,實驗裝置如圖2中的甲所示,有一位同學通過實驗測量作出了圖乙中的A圖線.試分析:
①A圖線不通過坐標原點的原因是
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
未滿足鉤碼質量遠小于小車質量
未滿足鉤碼質量遠小于小車質量

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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“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,某同學進行實驗的主要步驟是:將橡皮筋的一端固定在木板上的A點,另一端拴上兩根繩套,每根繩套分別連著一個彈簧測力計.第一次沿著兩個方向拉彈簧測力計,將橡皮筋的活動端拉到某一位置,將該位置標記為O點,讀取此時彈簧測力計的示數,分別記錄為F1、F2,并用筆在兩繩的拉力方向上分別標記a、b兩點,分別將其與O點連接,表示兩力的方向.第二次用一個彈簧測力計將橡皮筋的活動端仍拉至O點,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將橡皮筋的活動 端都要拉至O點,這樣做的目的是
 

②圖乙是在白紙上根據實驗結果作出的力的圖示,其中
 
是F1和F2合力的實際測量值.(填F或F')
③這位同學在實驗中確定分力方向時,圖甲所示的a點標記得不妥,其原因是
 

(2)在”驗證牛頓運動定律”的實驗中,以下做法錯誤的是
 

A.平衡摩擦力時,應將小盤用細繩通過定滑輪系在小車上
B.每次改變小車的質量時,不需要重新平衡摩擦力
C.實驗時,先放開小車,再接通打點計時器電源
D.求小車運動的加速度時,可用天平測出小盤的質量m′以及小車質量M,直接用公式a=
m′M
g求出
(3)某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的實驗,圖(a)為實驗裝置簡圖.(交流電的頻率為50Hz,打點時間間隔為0.02秒)
①圖(b)為某次實驗得到的紙帶,根據紙帶可求出小車的加速度大小為
 
m/s2.(保留二位有效數字)
②保持砂和砂桶質量不變,改變小車質量m,分別得到小車加速度a與質量m及對應的數據,如何利用這些數據才能比較直觀地確定小車加速度a與質量m之間的關系呢?
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③保持小車質量不變,改變砂和砂桶質量,甲、乙兩位同學根據實驗數據分別作出了加速度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,其主要原因是
 

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科目:高中物理 來源: 題型:

某同學在“驗證牛頓運動定律”的實驗中,保持小車所受的合力F的大小不變,改變小車的質量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
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,曲線各點的切線斜率表示小車受到的合力的倒數
D、圖象是一條曲線,曲線各點的切線斜率表示小車受到的合力

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