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8.如圖所示是某小組同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置,將一輛小車放在長木板上,小車前端系上細(xì)繩,繩的另一端跨過定滑輪掛一小盤,盤里放適量的砝碼,盤與砝碼的總質(zhì)量為m,車后端連一紙袋,穿過打點計時器限位孔,為平衡摩擦力,將長木板的右端墊高,小車運(yùn)動時帶動紙帶運(yùn)動,通過打點計時器記錄下小車運(yùn)動的情況,該組同學(xué)通過在小車上加減砝碼改變小車的質(zhì)量M,通過在盤中增減砝碼改變小車所受的合力F,研究紙帶算出小車運(yùn)動的加速度a,幾組實驗數(shù)據(jù)記錄如下表:
 次 1 2 3 4 5 6 7 9
 M/kg 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00
 F/N 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50
 a/(m•s-2 0.30 0.51 0.730.96  1.14 0.92 0.780.59  0.47
(1)只有當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M>>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)通過表中5至9列數(shù)據(jù)分析,可以得到當(dāng)合外力一定時,加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論;
(3)根據(jù)表中1至5列數(shù)據(jù),在圖2中畫出a與F的圖線.
(4)該圖線不過原點的原因是平衡摩擦力過度;
(5)如圖3為該組同學(xué)在實驗中打出的一條清晰的紙帶,已知兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s,B、C、D、E各點到A點的距離分別為s1=0.46cm,s2=2.06cm,s3=4.80cm,s4=8.68cm,根據(jù)所得數(shù)據(jù)可計算出打下C點時小車的速度為0.22m/s,小車的加速度為1.1m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

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)研究三個變量之間的關(guān)系時,先假定其中一個量不變,研究另外兩個量之間的關(guān)系,這種方法稱為控制變量法;
(3)根據(jù)描點法作圖;
(4)當(dāng)F=0時,a>0.也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車還有加速度,說明小車的摩擦力小于重力沿斜面向下的分力.該組同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過大;
(5)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,根據(jù)勻變速直線運(yùn)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小.

解答 解:(1)以整體為研究對象有mg=(m+M)a
解得a=mgm+M,
以M為研究對象有繩子的拉力F=Ma=Mmgm+M,
顯然要有F=mg必有m+M=M,故有m<<M,即只有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)當(dāng)合外力一定時,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時要保證F不變,所以通過表中5至9列數(shù)據(jù)分析,可以得到當(dāng)合外力一定時,加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論;
(3)根據(jù)描點法,作出a與F的圖線,如圖所示:
(4)小車的拉力為零時,卻產(chǎn)生了加速度,這說明平衡摩擦力過度,
(5)根據(jù)勻變速直線運(yùn)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=xBD2T=0.0480.00460.2=0.22m/s
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT2結(jié)合作差法得a=xCExAC4T2=0.08680.02060.02060.04=1.1m/s2,
故答案為:(1)M>>m;(2)5,9;(3)如圖所示;(4)平衡摩擦力過度;(5)0.22,1.1

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(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān),故要加強(qiáng)對實驗原理的學(xué)習(xí)和掌握,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(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:填空題

18.在測定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實驗中,

(1)利用螺旋測微器測定合金絲的直徑,測量結(jié)果如圖1所示,則合金絲的直徑為0.890mm.
(2)合金絲的電阻Rx約為25Ω,為了精確測量它的電阻,現(xiàn)備有下列器材:
A.電壓表V1(0~3V,內(nèi)阻3KΩ)
B.電壓表V2(0~15V,內(nèi)阻15KΩ)
C.電流表A(0~0.6A,內(nèi)阻約1Ω)
D.定值電阻R1=3KΩ
E.定值電阻R2=15KΩ
F.滑動變阻器R(10Ω,2A)
G.學(xué)生電源(直流6V,內(nèi)阻不計)
H.開關(guān)、導(dǎo)線若干
①實驗中所需器材除C、F、G、H外,還需要AD(選填器材順序號);
②為了盡量減少實驗誤差,要求電阻Rx中的電流從零開始變化并多測幾組數(shù)據(jù),請在答題卡制訂的方框內(nèi)(圖2)畫出滿足實驗要求的電路圖;
③若實驗中測得合金絲的長度為L,直徑為d,電壓表示數(shù)為U,電流表示數(shù)為I,則該合金絲的電阻率為\frac{πUpfucf1k^{2}}{2IL}

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

19.飛機(jī)著陸后在跑道上滑行時做勻減速直線運(yùn)動.已知其初速度是60m/s,加速度大小是6m/s2,則
(1)飛機(jī)著陸后經(jīng)多長時間停下?
(2)飛機(jī)著陸后12s內(nèi)的位移大小是多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

16.一根粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線,兩端加上恒定電壓U時,通過金屬導(dǎo)線的電流強(qiáng)度為I,金屬導(dǎo)線中自由電子定向移動的平均速率為v,若將金屬導(dǎo)線均勻拉長,使其長度變?yōu)樵瓉淼?倍,仍給它兩端加上恒定電壓U,則此時( �。�
A.通過金屬導(dǎo)線的電流為\frac{I}{4}B.通過金屬導(dǎo)線的電流為\frac{I}{2}
C.自由電子定向移動的平均速率為\frac{v}{2}D.自由電子定向移動的平均速率為2v

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

3.下列說法正確的是(  )
A.高一某同學(xué)在做“探究求合力的方法”實驗時,運(yùn)用了理想實驗的方法
B.在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動位移公式時,把整個運(yùn)動過程劃分很多小段,每一段近似看成勻速直線運(yùn)動,然后把各小段的位移相加,這里運(yùn)用了微小量放大法
C.在探究加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系時,先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系,再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,該實驗運(yùn)用了控制變量法
D.根據(jù)速度定義式v=\frac{△x}{△t},當(dāng)△t極小時,\frac{△x}{△t}就可以表示物體在t時刻的瞬時速度,該定義運(yùn)用了極限的思想方法

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

13.如圖,研究物體沿斜面下滑時,常把物體所受的重力分解為( �。�
A.斜面支持力和下滑力
B.沿斜面向下的下滑力和垂直在斜面上的壓力
C.平行于斜面向下的分力和垂直于斜面向下的分力
D.下滑力和垂直于斜面向下的分力

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

20.關(guān)于靜電場,以下說法正確的是( �。�
A.電場線是電場中實際存在的線
B.在同一電場中電場線越密的地方,同一試探電荷所受的電場力越大
C.電場中某點的電場強(qiáng)度的方向與放在該點的試探電荷所受電場力方向相同
D.在任何電場中,電場強(qiáng)度越大的地方,電勢也越高

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17.如圖所示,等腰梯形導(dǎo)線框從位于勻強(qiáng)磁場上方一定高度處自由下落,當(dāng)導(dǎo)線框的一半進(jìn)入磁場時,導(dǎo)線框開始做勻速運(yùn)動.已知下落過程兩平行邊始終豎直,左平行邊長為a,右平行邊長為2a.則從導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場開始,下列判斷正確的是(  )
A.在0~\frac{a}{2}這段位移內(nèi),導(dǎo)線框可能做勻加速運(yùn)動
B.\frac{a}{2}\frac{3a}{2}這段位移內(nèi),導(dǎo)線框減少的重力勢能最終全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能可能做勻加速運(yùn)動
C.\frac{3a}{2}~2a這段位移內(nèi),導(dǎo)線框一定做加速運(yùn)動
D.在0~\frac{a}{2}這段位移內(nèi),導(dǎo)線框克服安培力做功小于\frac{3a}{2}~2a這段位移內(nèi)導(dǎo)線框克服安培力做功

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

20.如圖所示,在光滑絕緣的水平面上有兩個質(zhì)量分別為m和4m的帶電小球1和小球2,兩球所帶電荷量分別為q和4q,當(dāng)兩球間的距離d>L時,庫侖力可以忽略.現(xiàn)球1靜止,球2以速度v0從相距為d(d>L)的位置沿兩球球心連線向球1運(yùn)動,運(yùn)動過程中兩球始終沒有接觸.求此過程中,兩球組成的系統(tǒng)所具有的最大電勢能?

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