3.某實驗小組欲以圖甲所示實驗裝置“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”.圖中A為小車,B為裝有砝碼的小盤,C為一端帶有定滑輪的長木板,小車通過紙帶與電磁打點計時器相連,小車的質(zhì)量為m1,小盤(及砝碼)的質(zhì)量為m2.重力加速度g=10m/s2

(1)下列說法正確的是C
A.實驗時先放開小車,再接通打點計時器的電源
B.每次改變小車質(zhì)量時,應(yīng)重新平衡摩擦力
C.本實驗中應(yīng)滿足m2遠小于m1的條件
D.在用圖象探究小車加速度a與小車質(zhì)量m1的關(guān)系時,應(yīng)作出a-m1圖象
(2)實驗中,得到一條打點的紙帶,如圖乙所示,已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1s,且間距x1=2.20cm、x2=3.20cm、x3=4.20cm、x4=5.20cm,則打點計時器打下C點時小車的瞬時速度的計算式為vC=$\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}$、小車加速度的計算式$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$,a=1.00m/s2
(3)某同學平衡好摩擦阻力后,在保持小車質(zhì)量m1不變的情況下,通過多次改變砝碼重力,作出小車加速度a與砝碼重力F的圖象如圖丙所示,則小車的質(zhì)量為$\frac{{F}_{0}}{{a}_{0}}$,實際上,在砝碼的重力越來越大時,小車的加速度不能無限制地增大,將趨近于某一極限值,此極限值為10m/s2

分析 (1)實驗時需要提前做的工作有兩個:①平衡摩擦力,且每次改變小車質(zhì)量時,不用重新平衡摩擦力,因為f=mgsinθ=μmgcosθ,m約掉了.②讓小車的質(zhì)量M遠遠大于小盤和重物的質(zhì)量m.
(2)根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT2可以求出加速度的大小,根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度,可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大。
(3)由F-a圖的斜率等于小車質(zhì)量,可得到小車質(zhì)量.

解答 解:(1)A、實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車,故A錯誤.
B、平衡摩擦力,假設(shè)木板傾角為θ,則有:f=mgsinθ=μmgcosθ,m約掉了,故不需要重新平衡摩擦力.故B錯誤.
C、讓小車的質(zhì)量m1遠遠大于小盤和重物的質(zhì)量m2,因為:際上繩子的拉力F=Ma=$\frac{{m}_{2}g}{1+\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}}$,故應(yīng)該是m2<<m1,即實驗中應(yīng)滿足小盤和重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,故C正確;
D、F=ma,所以:a=$\frac{F}{m}$,所以在用圖象探究小車的加速度與質(zhì)量的關(guān)系時,通常作a-$\frac{1}{m}$圖象,故D錯誤;
故選:C.
(2)根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度,可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大。
vC=$\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}$
根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT2可以求出加速度的大小a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$,帶入數(shù)據(jù)得:a=$\frac{0.01}{0.01}=1.00m/{s}^{2}$
(3)對a-F圖來說,圖象的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù),故小車質(zhì)量為:m1=$\frac{{F}_{0}}{{a}_{0}}$,小車的加速度最大等于自由落體的加速度,故極限值為10m/s2
故答案為:(1)C;(2)$\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}$;$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$;1.00;(3)$\frac{{F}_{0}}{{a}_{0}}$;10

點評 本題考察的比較綜合,需要學生對這一實驗掌握的非常熟,理解的比較深刻才不會出錯,知道a-F圖的斜率等于小車質(zhì)量的倒數(shù),難度適中.要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力,在平時練習中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用.

練習冊系列答案
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13.小李同學為測量某金屬絲的電阻率,他截取了其中的一段,用米尺測出金屬絲的長度L,用螺旋測微器測得其直徑為D,用多用電表粗測其電阻約為R.
①該同學將米尺的0刻度線與金屬絲的左端對齊,從圖(甲)中讀出金屬絲的長度L=19.10cm.
②該同學用螺旋測微器測金屬絲的直徑,從圖(乙)中讀出金屬絲的直徑D=0.680mm.
③該同學選擇多用電表“×10”檔粗測金屬絲的電阻,從圖(丙)中讀出金屬絲的電阻R=220Ω.

④接著,該同學用伏安法盡可能精確地測出該金屬絲的電阻,實驗電路如圖丁所示,然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬絲的電阻率.實驗室提供的器材有:
A.直流電源E(電動勢4V,內(nèi)阻不計)
B.電流表A1(量程0~3mA,內(nèi)阻約50Ω)
C.電流表A2(量程0~15mA,內(nèi)阻約30Ω)
D.電壓表V1(量程0~3V,內(nèi)阻10kΩ)
E.電壓表V2(量程0~15V,內(nèi)阻25kΩ)
F.滑動變阻器R1(阻值范圍0~15Ω,允許通過的最大電流2.0A)
G.滑動變阻器R2(阻值范圍0~2kΩ,允許通過的最大電流0.5A)
H.待測電阻絲Rx,開關(guān)、導線若干
要求較準確地測出其阻值,電流表應(yīng)選C,電壓表應(yīng)選D,滑動變阻器應(yīng)選F.(用器材前的字母表示即可)
⑤用圖所示的電路進行實驗測得Rx,實驗時,開關(guān)S2應(yīng)向1閉合(選填“1”或“2”).
⑥請根據(jù)選定的電路圖,在如圖戊的實物上畫出連線(部分線已畫出).

⑦設(shè)金屬絲的長度為L,測得直徑的平均值為D,測得的電壓值是U,電流值是I,則金屬絲電阻率的表達式為ρ=$\frac{πU{D}^{2}}{4IL}$(用給定字母表示)

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14.有一半徑為R=0.4m的光滑半圓軌道,直徑BC豎直,與粗糙水平面相切于B點,如圖所示.在距B點s=2.1m的A點有一質(zhì)量m=0.2Kg的小滑塊,小滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,在與水平方向成α=53°的恒力F的作用下由靜止開始向B點運動,.運動到B點時撒去F,小滑塊運動到最高點c處時,對軌道的壓力大小等于其重力大小的$\frac{1}{4}$.(g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)
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