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3.在探究物體的加速度與物體所受外力、物體質(zhì)量間的關(guān)系時(shí),采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,小車(chē)以及車(chē)中的砝碼質(zhì)量用M表示,盤(pán)以及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量用m表示.

(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,電火花計(jì)時(shí)器接在頻率為f=50Hz的交流電源上,調(diào)整定滑輪高度,使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行.
(2)若已平衡好摩擦,在小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,繩子拉力FT=MmgM+mMmgM+m,當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿(mǎn)足M>>m時(shí),才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和砝碼的重力.
(3)某小組同學(xué)先保持盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn),其具體操作步驟如下,以下做法正確的是C.
A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將盤(pán)及盤(pán)中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上
B.每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí),需要重新平衡摩擦力
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放開(kāi)小車(chē)
D.用天平測(cè)出m以及M,小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=mgM求出
(4)某小組同學(xué)保持小車(chē)以及車(chē)中的砝碼質(zhì)量M一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系時(shí),由于他們操作不當(dāng),這組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖2所示,①圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是沒(méi)平衡摩擦力;②圖線上端彎曲的原因是不滿(mǎn)足M>>m.
(5)某小組在操作完全正確且滿(mǎn)足(2)中質(zhì)量關(guān)系的情況下,圖3為實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)在長(zhǎng)木板上帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)打出的一條紙帶的一部分,0、1、2、3、4、5、6為計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫(huà)出.從紙帶上測(cè)出x1=3.20cm,x2=4.52cm、x5=8.42cm、x6=9.70cm.則小車(chē)加速度大小a=1.30m/s2(保留三位有效數(shù)字)

(6)(5)中實(shí)驗(yàn)小組用所得數(shù)據(jù)探究動(dòng)能定理,測(cè)得上圖紙帶計(jì)數(shù)點(diǎn)1、5間距離為x,該小組最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為mgx=1200Mf2[(x5+x62-(x1+x22].(用m、M、f,x、x1、x2、x5、x6以及重力加速度g表示)

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)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).
該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究,其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要;
根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量,運(yùn)用逐差法求出小車(chē)的加速度;
依據(jù)中時(shí)刻瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度,從而求解動(dòng)能,進(jìn)而求得動(dòng)能的變化,再依據(jù)1與5間距求得重力勢(shì)能的變化,即可求解.

解答 解:(2)該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車(chē),采用控制變量法研究.當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),研究小車(chē)的加速度和小車(chē)所受合力的關(guān)系.那么小車(chē)的合力怎么改變和測(cè)量呢?為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,可以把木板D的右端適當(dāng)墊高,以使小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小車(chē)的合力就是繩子的拉力.
根據(jù)牛頓第二定律得:
對(duì)m:mg-T=ma
對(duì)M:T=Ma
解得:T=MM+mmg
當(dāng)M>>m時(shí),即當(dāng)砝碼和盤(pán)的總重力要遠(yuǎn)小于小車(chē)的重力,繩子的拉力近似等于砝碼和盤(pán)的總重力.
(3)A、平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將繩從小車(chē)上拿去,輕輕推動(dòng)小車(chē),是小車(chē)沿木板運(yùn)動(dòng),通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車(chē)是否勻速運(yùn)動(dòng).故A錯(cuò)誤.
B、每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí),小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力.故B錯(cuò)誤.
C、實(shí)驗(yàn)時(shí),若先放開(kāi)小車(chē),再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)較快,可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少,不利于數(shù)據(jù)的采集和處理.故C正確.
D、小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量,如果用天平測(cè)出m以及小車(chē)質(zhì)量M,直接用公式求出,這是在直接運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的,而我們實(shí)驗(yàn)是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系.故D錯(cuò)誤.
故選:C
(4)當(dāng)F≠0時(shí),a=0.也就是說(shuō)當(dāng)繩子上有拉力時(shí)小車(chē)的加速度還為0,說(shuō)明小車(chē)的摩擦力與繩子的拉力抵消呢.
該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個(gè)步驟,隨著F的增大,即砂和砂桶質(zhì)量的增大,不在滿(mǎn)足砂和砂桶遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象.
(5)由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出,所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s,
根據(jù)△x=aT2,運(yùn)用逐差法得,
a=x5+x6x1+x22×2T2=8.42+9.703.204.522×022×102m/s2=1.30 m/s2
(6)根據(jù)平均速度等于這段時(shí)間內(nèi)的中時(shí)刻瞬時(shí)速度,則1點(diǎn)的速度v1=x1+x22f,
同時(shí)5點(diǎn)的速度大小v5=x5+x62f;
那么從1點(diǎn)到5點(diǎn)的動(dòng)能的變化量△EK=12Mv25v21=1200Mf2[(x5+x62-(x1+x22].
而從1點(diǎn)到5點(diǎn)的重力勢(shì)能的變化量△EP=mgx;
因此該小組最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為mgx=1200Mf2[(x5+x62-(x1+x22]即可.
故答案為:(2)MmgM+m,M>>m;(3)C; (4)①?zèng)]平衡摩擦力;②不滿(mǎn)足M>>m;(5)1.30;
(6)mgx=1200Mf2[x5+x62x1+x22]

點(diǎn)評(píng) 教科書(shū)本上的實(shí)驗(yàn),我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚,同時(shí)注意整體法和隔離法的應(yīng)用.
注意其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚.

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(1)下列做法正確的是AD
A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行
B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車(chē)受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí),將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在小車(chē)上
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開(kāi)小車(chē)再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D.通過(guò)增減小車(chē)上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
(2)為使鉤碼的重力在數(shù)值上近似等于小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,應(yīng)滿(mǎn)足的條件是鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)和上砝碼的總質(zhì)量.(填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)
(3)某同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)把木板的一端墊的過(guò)高,所得的a-F圖象為圖2中的C.
(4)實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,若軌道水平,他測(cè)量的圖象如圖3.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為-b,則小車(chē)與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=g
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

11.為了探究物體的加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置.裝置中有電磁打點(diǎn) 計(jì)時(shí)器、紙帶、帶滑輪的長(zhǎng)木板、墊塊、小車(chē)和砝碼(總質(zhì)量用M表示)、砂和砂捅(總質(zhì)量用m表示)、刻度尺等,請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)為了完成本實(shí)驗(yàn),下列實(shí)驗(yàn)器材中必不可少的是CD.
A.低壓直流電源      B.秒表     C.天平(附砝碼)    D.低壓交流電源
(2)實(shí)驗(yàn)誤差由偶然誤差和系統(tǒng)誤差,本實(shí)驗(yàn)中紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車(chē)與長(zhǎng)木板之間的摩擦和阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響屬于系統(tǒng)誤差.為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更貼近結(jié)論,應(yīng)盡量地減少摩擦阻力的影響,即按如圖的方式將長(zhǎng)木板的一端適當(dāng)墊高,以平衡摩擦力,在平衡摩擦力時(shí),取下沙桶并將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,使小車(chē)帶動(dòng)紙帶在長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng).
(3)探究小車(chē)的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系時(shí),可以通過(guò)改變小車(chē)中砝碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變小車(chē)的質(zhì)量.在完成本實(shí)驗(yàn)時(shí),為了使沙桶的總重力近似地等于小車(chē)的牽引力,則沙桶的總質(zhì)量與小車(chē)的總質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足M>>m.
(4)該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在某次測(cè)量時(shí),得到了如圖所示的紙帶,其中0、1、2為相鄰的三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),且相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的打點(diǎn)頻率為f,0、1兩點(diǎn)間的距離用x1表示.1、2兩點(diǎn)間的距離用x2表示,則該小車(chē)加速度的表達(dá)式a=(x2-x1)f2m/s2.如果f=10Hz,x1=5.90cm,x2=6.46cm,則加速度的值應(yīng)為a=0.56m/s2(保留兩位小數(shù))
(5 )在完成以上操作后,將得到的數(shù)據(jù)用圖象進(jìn)行處理,則小車(chē)的加速度的倒數(shù)1a關(guān)于小車(chē)的質(zhì)量M的函數(shù)圖象符合實(shí)際情況的是C.
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

18.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖1所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.

①下列做法正確的是AD(填字母代號(hào)).
A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行
B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木板受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí),將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開(kāi)木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D.通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
 ②為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,應(yīng)滿(mǎn)足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量.(填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)
③甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室,各取一套圖示的裝置放在水平桌面上,木塊上均不放砝碼、在沒(méi)有平衡摩擦力的情況下,研究加速度a與拉力F的關(guān)系,分別得到圖2中甲、乙兩條直線,設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m、m,甲、乙用的木塊與木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ、μ,由圖可知,m小于m,μ大于μ(填″大于″、″小于″或″等于″)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

8.如圖甲所示,足夠長(zhǎng)的木板B靜置于光滑水平面上,其上放小滑塊A,木板B受到隨時(shí)間變化的水平拉力F作用時(shí),用傳感器測(cè)出B的加速度a,得到如圖乙所示的a-F圖象,已知g取10m/s2,則( �。�
A.滑塊A的質(zhì)量為4kgB.木板B的質(zhì)量為1kg
C.滑塊A與木板B間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1D.當(dāng)F=10N時(shí)木板B的加速度為4m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

15.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的試驗(yàn)中.
(1)關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,下列說(shuō)法正確的有C.
A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用低壓直流電源的計(jì)時(shí)儀器
B.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流220V電源的計(jì)時(shí)儀器,其打點(diǎn)周期為0.02s
C.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用低壓(4~6V)交流電源的計(jì)時(shí)儀器,打點(diǎn)周期為0.02s
D.電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器,它使用220V交流電源
(2)某同學(xué)用如圖(甲)所示裝置,采用控制變量的方法,來(lái)研究小車(chē)質(zhì)量不變的情況下,小車(chē)的加速度與小車(chē)受到力的關(guān)系.下列措施中錯(cuò)誤的有AB.
A.平衡摩擦力的方法就是,在塑料小桶中添加砝碼,使小車(chē)在繩的拉力作用下能勻速滑動(dòng).
B.每次改變拉小車(chē)的拉力后都必須重新平衡摩擦力
C.實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)在塑料桶中增加砝碼來(lái)改變小車(chē)受到的拉力
D.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,然后再釋放小車(chē)

(3)如圖(乙)所示是某一次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條記錄小車(chē)運(yùn)動(dòng)的紙帶.取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G.紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)=0.10s,用刻度尺測(cè)量出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)問(wèn)的距離分別為AB=1.50cm,BC=3.88cm,CD=6.26cm,DE=8.67cm,EF=11.08cm,F(xiàn)G=13.49cm,則小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小a=2.4m/s2,打紙帶上C點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小vC=0.51m/s.(結(jié)果均保留二位有效數(shù)字).
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

12.如圖1所示,一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板上固定有如圖2甲、乙兩個(gè)光電門(mén),與之相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的小車(chē)在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,與跨過(guò)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力.不計(jì)空氣阻力.

(1)在探究“合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要進(jìn)行的操作是AD.
A.小車(chē)與滑輪間的細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行
B.為了減小誤差,砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量
C.用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量
D.將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高,以平衡摩擦力
E.改變小車(chē)質(zhì)量后,要重新平衡摩擦力
(2)在探究“合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),實(shí)驗(yàn)時(shí),先測(cè)出小車(chē)質(zhì)量m,再讓小車(chē)從靠近光電門(mén)甲處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),讀出小車(chē)在兩光電門(mén)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.改變小車(chē)質(zhì)量m,測(cè)得多組m、t的值,建立如圖3坐標(biāo)系描點(diǎn)作出圖線.下列能直觀得出“合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是C.
(3)如圖1甲,抬高長(zhǎng)木板的左端,使小車(chē)從靠近光電門(mén)乙處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F和小車(chē)在兩光電門(mén)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0,改變木板傾角,測(cè)得多組數(shù)據(jù),得到的F-1t2的圖線如圖1乙所示.實(shí)驗(yàn)中測(cè)得兩光電門(mén)的距離L=0.80m,砂和砂桶的總質(zhì)量m1=0.34kg,重力加速度g取9.8m/s2,則圖線的斜率為0.54(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);若小車(chē)與長(zhǎng)木板間的摩擦不能忽略,測(cè)得的圖線斜率將不變(填“變大”、“變小”或“不變”).
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

13.如圖(a)所示,“”型木塊放在光滑水平地面上,木塊的水平表面AB粗糙,與水平面夾角θ=37°的表面BC光滑.木塊右側(cè)與豎直墻壁之間連接著一個(gè)力傳感器,當(dāng)力傳感器受壓時(shí),其示數(shù)為正值;當(dāng)力傳感器被拉時(shí),其示數(shù)為負(fù)值.一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從C點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,傳感器記錄到的力和時(shí)間的關(guān)系如圖(b)所示.設(shè)木塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)無(wú)能量損失.sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2.求:

(1)斜面BC的長(zhǎng)度L;
(2)滑塊的質(zhì)量m;
(3)水平部分AB至少的長(zhǎng)度S.

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同步練習(xí)冊(cè)答案
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