3.用如圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),可以研究物體的加速度與質(zhì)量及所受合外力的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將砝碼盤及其中砝碼所受總重力視為研究物體(小車)昕受的合外力(拉力)的大。
①甲同學(xué)用這套裝置探究“物體質(zhì)量一定時(shí).其加速度與合外力大小的關(guān)系”.
a.他首先保證小車的質(zhì)量不變.多次改變小車所受合外力(拉力)的大。謩e根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算出小車運(yùn)動(dòng)的加速度.并利用測(cè)量的數(shù)據(jù)畫出a-F圖線進(jìn)行分析.
b.若發(fā)現(xiàn)圖線在橫軸上的截距OA較大(如圖2甲).明顯超出了偶然誤差的范圍,其原因是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠
c.若發(fā)現(xiàn)圖線不是一條直線,而向下彎曲(如圖2乙),其原因是由于不滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)小于砝碼盤中及其中砝碼的總質(zhì)量
②乙同學(xué)用這套裝置設(shè)計(jì)了研究“在合外力一定的條件下,物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)方案,其主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:
a.先不加掛砝碼盤,在小車上加裝一定質(zhì)量的砝碼,調(diào)整木板右端的高度,用手輕推一下小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列間隔均勻的點(diǎn)跡.
b.按住小車,按圖2方式加掛砝碼盤,打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車,獲得帶有打上了點(diǎn)跡的紙帶,在紙帶上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m.
c.按住小車,僅改變小車上加裝砝碼的質(zhì)量,更換紙帶重復(fù)上述步驟a、b.
d.求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a.
以小車上加裝砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo),$\frac{1}{a}$為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上做出去$\frac{1}{a}$-m關(guān)系圖線如圖3所示.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,則根據(jù)牛頓第二定律可知,小車受到的拉力為$\frac{1}{k}$,小車的質(zhì)量為$\frac{k}$.

分析 ①甲圖象表明在小車的拉力為0時(shí),合外力大于0,說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度.
乙圖象說(shuō)明在拉力大于0時(shí),物體的加速度為0,說(shuō)明繩子的拉力被摩擦力平衡了,即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
設(shè)繩子上拉力為F,對(duì)小車根據(jù)牛頓第二定律有:F=Ma,對(duì)砂桶和砂有:mg-F=ma,由此解得:F=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$,由此可知當(dāng)M>>時(shí),砂和砂桶的重力等于繩子的拉力,據(jù)此根據(jù)該實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因即可正確解答.
②根據(jù)牛頓第二定律寫出$\frac{1}{a}$與小車上砝碼質(zhì)量m的表達(dá)式,然后結(jié)合斜率與截距概念求解即可.

解答 解:①甲圖象表明在小車的拉力為0時(shí),小車的加速度大于0,說(shuō)明合外力大于0,說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)渡,即把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了.故A錯(cuò)誤B正確.
乙圖象說(shuō)明在拉力大于0時(shí),物體的加速度為0,說(shuō)明合外力為0,即繩子的拉力被摩擦力平衡了,即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,也就是沒有將長(zhǎng)木板的末端抬高或抬高不夠.
隨著$\frac{1}{M}$增大,小車質(zhì)量在減小,因此小車質(zhì)量不再滿足遠(yuǎn)大于砂和小砂桶的質(zhì)量,加速度不可能一直均勻增大,加速度的增大幅度將逐漸減小,最后趨近于定值g,
②設(shè)小車的質(zhì)量為m',則有F=(m+m')a,
變形得$\frac{1}{a}$=$\frac{1}{F}$m+$\frac{m′}{F}$,
所以$\frac{1}{a}$-m圖象的斜率為$\frac{1}{F}$=k,
所以作用力F=$\frac{1}{k}$,
$\frac{1}{a}$-m圖象的截距為$\frac{m′}{F}$=b,
所以m′=$\frac{k}$.
故答案為:①?zèng)]有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠,不滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)小于砝碼盤中及其中砝碼的總質(zhì)量;②$\frac{1}{k}$,$\frac{k}$.

點(diǎn)評(píng) 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),尤其是理解平衡摩擦力和M>>m的操作和要求的含義.
遇到涉及圖象的問(wèn)題時(shí),要先根據(jù)物理規(guī)律寫出關(guān)于縱軸與橫軸的函數(shù)表達(dá)式,再根據(jù)斜率和截距的概念求解即可.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

13.利用如圖所示裝置可以做力學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn).
①以下說(shuō)法正確的是D
A.利用此裝置“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí),除圖中所給器材外還要用到刻度尺與天平.
B.利用此裝置探究“小車的加速度與質(zhì)量的關(guān)系”并用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí),畫出的a-$\frac{1}{M}$關(guān)系圖象一定是一條經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線.
C.如果將長(zhǎng)木板適當(dāng)墊高,平衡摩擦力之后,還可以用此裝置驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律.
D.利用此裝置探究“功與速度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高,保證小車在不掛砝碼時(shí)能夠勻速下滑.
②甲、乙、丙、丁四位同學(xué)在使用不同精度的游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量同一個(gè)物體的長(zhǎng)度時(shí),分別測(cè)量的結(jié)果如下:
甲同學(xué):使用游標(biāo)為50分度的卡尺,讀數(shù)為2.45mm
乙同學(xué):使用游標(biāo)為10分度的卡尺,讀數(shù)為2.4mm
丙同學(xué):使用游標(biāo)為20分度的卡尺,讀數(shù)為2.45mm
丁同學(xué):使用精度為“0.01mm”的螺旋測(cè)微器,讀數(shù)為2.450mm
從這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出讀數(shù)肯定有錯(cuò)誤的是甲同學(xué).

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14.為了較準(zhǔn)確地測(cè)量某電子元件的電阻,某實(shí)驗(yàn)小組做如下測(cè)量:
(1)用多用表測(cè)量該元件的電阻,選用“×10”倍率的電阻擋測(cè)量,發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)很小,因此需選擇“×100(填“×1”或“×100”)倍率的電阻擋,并重新進(jìn)行歐姆調(diào)零,再進(jìn)行測(cè)量,若多用表中的電池舊了,用它測(cè)得的電阻值將偏。ㄌ睢捌蟆薄捌 被颉安蛔儭保
(2)若用多用表測(cè)得該元件的電阻大約為1 500Ω,現(xiàn)在要進(jìn)一步精確測(cè)量其電阻,有以下器材:
A.待測(cè)元件Rx(阻值約為1500Ω);
B.電流表(量程5mA,內(nèi)阻約5Ω);
C.電阻箱(9999.9Ω,0.02A);
D.直流電源(電動(dòng)勢(shì)約為20V,內(nèi)阻約0.5Ω);
E.單刀雙擲開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干;
實(shí)驗(yàn)小組有同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示電路進(jìn)行測(cè)量:
在閉合S前,先把R調(diào)至最大值(“最大值”或“最小值”),然后把K打到1,調(diào)節(jié)R,當(dāng)其阻值為R1時(shí),電流表示數(shù)為I0,再把K打到2,調(diào)節(jié)R,當(dāng)其阻值為R2時(shí),電流表示數(shù)為I0,則Rx=R2-R1(用實(shí)驗(yàn)中獲得的物理量來(lái)表示).
(3)兩只完全相同的表頭G,分別改裝成一只電流表和一只電壓表,一位同學(xué)不小心做實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將兩只表串起來(lái)連接在一閉合電路中,接通電路后兩只表的指針可能出現(xiàn)下列哪種現(xiàn)象C
A.電流表的指針偏轉(zhuǎn),電壓表的指針不偏轉(zhuǎn)
B.兩表指針偏轉(zhuǎn)角度相同
C.兩表指針都偏轉(zhuǎn),電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角度比電流表大得多
D.兩表指針都偏轉(zhuǎn),電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度比電壓表大得多.

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11.有一個(gè)推礦泉水瓶的游戲節(jié)目,規(guī)則是:選手們從起點(diǎn)開始用力推瓶一段時(shí)間后,放手讓瓶向前滑動(dòng),若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi),視為成功;若瓶最后未停在桌上有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過(guò)程中倒下,均視為失敗.其簡(jiǎn)化模型如圖所示,AC是長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=5m的水平桌面,選手們可將瓶子放在A點(diǎn),從A點(diǎn)開始用一恒定不變的水平推力推瓶,BC為有效區(qū)域.已知BC長(zhǎng)度L2=1m,瓶子質(zhì)量m=0.5kg,瓶子與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4.某選手作用在瓶子上的水平推力F=20N,瓶子沿AC做直線運(yùn)動(dòng),假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點(diǎn),g取10m/s2,那么該選手要想游戲獲得成功,試問(wèn):
(1)推力作用在瓶子上的時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)多少;
(2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少.

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18.如圖所示,由同種材料制成的粗細(xì)均勻的正方形金屬線框,以恒定速度通過(guò)有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),線框的邊長(zhǎng)小于有界磁場(chǎng)區(qū)域的寬度.開始時(shí)線框的ab邊恰與磁場(chǎng)的邊界重合,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中線框的運(yùn)動(dòng)方向始終與ab邊垂直,線框平面始終與磁場(chǎng)方向垂直.則下圖中可能定性反映出線框中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab隨時(shí)間變化的是( 。
A.B.C.D.

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8.利用頻閃照相裝置拍攝一列沿x軸向右傳播的簡(jiǎn)諧橫波某部分區(qū)域內(nèi)的波形,如圖所示,實(shí)線是在t=0時(shí)刻的波形圖,虛線是在t=0.04s時(shí)刻的波形圖.則x=20cm的質(zhì)點(diǎn)第一次出現(xiàn)波谷的時(shí)刻是( 。
A.0.42 sB.0.38 sC.0.36sD.0.30 s

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15.氫原子能級(jí)的示意圖如圖所示,以下選項(xiàng)描述了當(dāng)氫原子躍遷時(shí)的情況,其中躍遷過(guò)程輻射出光子、且光子的波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是( 。
A.從n=3的能級(jí)向n=1的能級(jí)躍遷B.從n=4的能級(jí)向n=2的能級(jí)躍遷
C.從n=1的能級(jí)向n=3的能級(jí)躍遷D.從n=2的能級(jí)向n=4的能級(jí)躍遷

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12.某學(xué)習(xí)小組可通過(guò)測(cè)定井水的電阻率來(lái)判斷水的純凈程度(由于水中含有各種溶解鹽類,并以離子的形態(tài)存在,水越純凈,含鹽量越少,電阻率越大,達(dá)標(biāo)值為40Ω•m<ρ<100Ω•m).該學(xué)習(xí)小組所用盛水容器如圖1所示,其左、右兩側(cè)面為帶有接線柱的薄銅板(電阻極小可忽略),其余四面由絕緣材料制成.容器內(nèi)表面長(zhǎng)a=40cm,寬b=20cm,高c=10cm.將水樣注滿容器后,進(jìn)行以下操作:

①分別用多用電表歐姆擋的“×100”、“×1k”兩擋粗測(cè)水樣的電阻值時(shí),表盤上指針如圖2(a)、(b)所示,則所測(cè)水樣的電阻約為1750Ω.

②為更精確地測(cè)量所取水樣的電阻,該小組使用實(shí)驗(yàn)器材:
A.電流表(量程0~l0mA,電阻RA約為10Ω)
B.電壓表(量程0~15V,電阻R.約為30kΩ)
C.滑動(dòng)變阻器(最大電阻10Ω,額定電流1.5A)
D.電源(12V,內(nèi)阻約2Ω)
E.開關(guān)一只、導(dǎo)線若干
請(qǐng)?jiān)趫D3實(shí)物圖中完成剩余的電路連接.
③正確連接電路后,閉合開關(guān),測(cè)量得到如下數(shù)據(jù):
組別1234567
U/V5.15.87.08.19.010.011.0
I/mA2.93.34.05.05.15.76.3
④由以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以求出待測(cè)水樣的電阻率為87Ω•m.據(jù)此可知,所測(cè)水樣在電阻率這一指標(biāo)上達(dá)標(biāo)(選填“達(dá)標(biāo)”或“不達(dá)標(biāo)”).
⑤在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其中一組數(shù)據(jù)誤差偏大,它是第4(用表格中“組別”的序號(hào)表示)組.

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13.一質(zhì)量為m,所帶電荷量為-q的粒子以速度v0射入兩帶電平行極板間,如圖所示,已知兩極板間的電勢(shì)差為U,距離為d,不計(jì)重力,則粒子穿出電場(chǎng)時(shí)的速度為(  )
A.$\sqrt{\frac{2U}ub4azhh}$B.v0+$\sqrt{\frac{2qU}{m}}$C.v0+$\sqrt{\frac{2qU}apqtuug}$D.$\sqrt{\frac{m{v}_{0}^{2}+2qU}{m}}$

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