如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m間關(guān)系”的實(shí)驗.圖1為實(shí)驗裝置簡圖,A為小車,B為打點(diǎn)計時器,C為裝有砂的砂桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于砂和砂桶總重力,小車運(yùn)動加速度a可由紙帶求得.

(1)圖2為某次實(shí)驗得到的紙帶(交流電的頻率為50Hz),由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為
3.0
3.0
m/s2
(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
1
m
數(shù)據(jù)如表中所示,根據(jù)表中數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系,請在圖3坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系并作出圖線;從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間定量關(guān)系是
a=
1
2m
a=
1
2m

(3)保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖4,該圖線不通過原點(diǎn),明顯超出偶然誤差范圍,其主要原因是
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
;
次   數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8
小車加速度a/m?s-2 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小車質(zhì)量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
1
m
(kg-1)
4.00 3.50 3.00 2.5 2.00 1.40 1.00 0.60
(4)若實(shí)驗中將小車換成滑塊,將木板水平放置可測出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ.要測出動摩擦因數(shù)μ,需要測量的物理量有
砂和砂桶質(zhì)量、木塊的質(zhì)量、以及對應(yīng)的加速度
砂和砂桶質(zhì)量、木塊的質(zhì)量、以及對應(yīng)的加速度
;實(shí)驗測得的動摩擦因數(shù)μ比真實(shí)值
偏大
偏大
(填“偏大”或“偏小”).
分析:(1)根據(jù)△x=aT2求出紙帶的加速度.
(2)為研究a與m的關(guān)系,作a與
1
m
的關(guān)系關(guān)系圖線,注意選取好標(biāo)度.
(3)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),當(dāng)F為某一值時,加速度為零,知平衡摩擦力不足.
解答:解(1)由于每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有1個點(diǎn),所以相鄰的計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.04s,
設(shè)第一段相鄰的計數(shù)點(diǎn)的距離為x1,以后各段分別為x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x5-x1=4a1T2 
x6-x2=4a2T2 
 x7-x3=4a3T2 
 x8-x4=4a4T2 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度,我們對三個加速度取平均值
得:a=
1
4
(a1+a2+a3+a4
解得:a=
(0.0772+0.0721+0.0671+0.0625)-(0.0576+0.0529+0.0487+0.0431)
16×(0.04)2
=3.0m/s2
(2)為研究a與m的關(guān)系,作a與
1
m
的關(guān)系關(guān)系圖線,如圖.

從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間定量關(guān)系是a=
1
2m

(3)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),F(xiàn)不為零時,加速度仍為零,知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.
(4)設(shè)滑塊的質(zhì)量為M,砂和砂桶的質(zhì)量為m,根據(jù)牛頓第二定律得:
對m:mg-F=ma
對M:F-μMg=Ma
解得:μ=
mg-(m+M)a
Mg

而實(shí)驗測得的動摩擦因數(shù)μ′=
mg-Ma
Mg

需要測量的物理量有:砂和砂桶質(zhì)量m、木塊的質(zhì)量M、以及對應(yīng)的加速度a.
所以驗測得的動摩擦因數(shù)μ比真實(shí)值偏大.
故答案為:(1)3.0
(2)如圖所示,a=
1
2m

(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;           
(4)砂和砂桶質(zhì)量、木塊的質(zhì)量、以及對應(yīng)的加速度,偏大.
點(diǎn)評:運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動的公式處理紙帶的問題是力學(xué)實(shí)驗里常見的問題,紙帶法實(shí)驗中,若紙帶勻變速直線運(yùn)動,利用勻變速直線運(yùn)動的推論可求加速度.由于相鄰的時間間隔位移之差不等,我們可以采用逐差法求解.該實(shí)驗的重要一步就是平衡摩擦力,使得小車的合力近似等于砝碼和盤得總重力.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m間關(guān)系”的實(shí)驗.圖(a)為實(shí)驗裝置簡圖,A為小車,B為打點(diǎn)計時器,C為裝有砂的砂桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于砂和砂桶總重力,小車運(yùn)動加速度a可由紙帶求得.(交流電的頻率為50Hz)

(1)圖(b)為某次實(shí)驗得到的紙帶,實(shí)驗數(shù)據(jù)如圖,圖中相鄰計數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)未畫出,由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為
0.510
0.510
m/s2;(保留三位有效數(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
1
m
數(shù)據(jù)如表中所示,根據(jù)表中數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系,請在坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系并作出圖線
如下圖
如下圖
;從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間定量關(guān)系是
a=
1
2m
a=
1
2m
;
次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8
小車加速度
a/m?s-2
1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小車質(zhì)量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
1
m
(kg-1)
4.00 3.50 3.00 2.5 2.00 1.40 1.00 0.60
(3)保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖(d),該圖線不通過原點(diǎn),明顯超出偶然誤差范圍,其主要原因是
實(shí)驗前未平衡摩擦力
實(shí)驗前未平衡摩擦力
;

(4)若實(shí)驗中將小車換成滑塊,將木板水平放置可測出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ.要測出動摩擦因數(shù)μ,需要測量的物理量有;實(shí)驗測得的動摩擦因數(shù)μ比真實(shí)值
偏大
偏大
(填“偏大”或“偏小”).

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的測量物體質(zhì)量的裝置,其中P是光滑水平面,N是質(zhì)量為M的帶夾子的金屬盒,金屬盒兩端分別連接輕質(zhì)彈簧;Q是固定于盒子上的遮光片,利用它和光電計時器能測量金屬盒振動時的頻率.已知彈簧振子做簡諧運(yùn)動時的周期T=2π,其中m是振子的質(zhì)量,k 是常數(shù).當(dāng)空盒振動時,測得振動頻率為f1;把一物體夾在盒中,并使其振動時,測得頻率為f2.你認(rèn)為這套裝置能測量物體的質(zhì)量嗎?如果不能,請說明理由;若能,請求出被測物體的質(zhì)量.

 

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m間關(guān)系”的實(shí)驗.圖(a)為實(shí)驗裝置簡圖,A為小車,B為打點(diǎn)計時器,C為裝有砂的砂桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于砂和砂桶總重力,小車運(yùn)動加速度a可由紙帶求得.

 

1.圖(b)為實(shí)驗得到的紙帶, 圖中所示S1、S2、S3、S4、S5、S6已測出,已知交流電的頻率為f,則求小車加速度的表達(dá)式為          ;

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)如表中所示,根據(jù)表中數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系,請在圖(c)坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系并作出圖線;從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間定量關(guān)系是      

 

 

 

 

 

3.保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F關(guān)系圖線如圖(d),該圖線不通過原點(diǎn),明顯超出偶然誤差范圍,其主要原因是                ;

4.若實(shí)驗中將小車換成滑塊,將木板水平放置可測出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ. 實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對滑塊拉力F等于砂和砂桶總重力,則要測出動摩擦因數(shù)μ,需要測量的物理量有                                                            ;實(shí)驗測得的動摩擦因數(shù)μ比真實(shí)值         (填“偏大”或“偏小”).

 

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科目:高中物理 來源:2011年黑龍江省牡一中高三上學(xué)期期中考試物理卷 題型:填空題

如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m間關(guān)系”的實(shí)驗.圖(a)為實(shí)驗裝置簡圖,A為小車,B為打點(diǎn)計時器,C為裝有砂的砂桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于砂和砂桶總重力,小車運(yùn)動加速度a可由紙帶求得.

【小題1】圖(b)為實(shí)驗得到的紙帶, 圖中所示S1、S2、S3、S4、S5、S6已測出,已知交流電的頻率為f,則求小車加速度的表達(dá)式為          ;
【小題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)如表中所示,根據(jù)表中數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系,請在圖(c)坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系并作出圖線;從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間定量關(guān)系是      ;


【小題3】保持小車質(zhì)量不變,改變砂和砂桶質(zhì)量,某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F關(guān)系圖線如圖(d),該圖線不通過原點(diǎn),明顯超出偶然誤差范圍,其主要原因是                ;
【小題4】若實(shí)驗中將小車換成滑塊,將木板水平放置可測出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ. 實(shí)驗中認(rèn)為細(xì)繩對滑塊拉力F等于砂和砂桶總重力,則要測出動摩擦因數(shù)μ,需要測量的物理量有                                                            ;實(shí)驗測得的動摩擦因數(shù)μ比真實(shí)值         (填“偏大”或“偏小”).

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