圖1為驗*牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源,打點的時間間隔用△t表示.在...
問題詳情:
圖1為驗*牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源,打點的時間間隔用△t表示.在小車質量未知的情況下,某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量間的關係”.
(1)完成下列實驗步驟中的填空:
①平衡小車所受的阻力:小吊盤中不放物塊,調整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列 的點.
②按住小車,在小吊盤中放入適當質量的物塊,在小車中放入砝碼.
③開啟打點計時器電源,釋放小車,獲得帶有點跡的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質量m.
④按住小車,改變小車中砝碼的質量,重複步驟③.
⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標註一個計數點.測量相鄰計數點的間距s1,s2,….求出與不同m相對應的加速度a.
⑥以砝碼的質量m為橫座標,為縱座標,在座標紙上做出﹣﹣m關係圖線.若加速度與小車和砝碼的總質量成反比,則與m處應成線*關係(填“線*”或“非線*”).
(2)完成下列填空:
(ⅰ)本實驗中,為了保*在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是 .
(ⅱ)設紙帶上三個相鄰計數點的間距為s1、s2、s3.a可用s1、s3和△t表示為a=.圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1= mm,s3= mm.由此求得加速度的大小a= m/s2.
(ⅲ)圖3為所得實驗圖線的示意圖.設圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為,小車的質量為.
【回答】
考點:驗*牛頓第二運動定律.
專題:實驗題;牛頓運動定律綜合專題.
分析:1、①平衡摩擦力的標準為小車可以勻速運動,打點計時器打出的紙帶點跡間隔均勻⑥由a=,故=,故與m成線*關係
為了保*在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應該遠小於小車和砝碼的總質量
由勻變速直線運動的推論得:△x=aT2
由a=,故=,故成線*關係,且斜率為,設小車質量為M,則由牛頓第二定律寫出與小車上砝碼質量m+M的表示式,然後結合斜率與截距概念求解即可
解答: 解:(1)①平衡摩擦力的標準為小車可以勻速運動,打點計時器打出的紙帶點跡間隔均勻.
⑥由a=,故=,故與m成線*關係.
(2)(ⅰ)設小車的質量為M,小吊盤和盤中物塊的質量為m,設繩子上拉力為F,
以整體為研究物件有mg=(m+M)a
解得a=
以M為研究物件有繩子的拉力F=Ma=mg
顯然要有F=mg必有m+M=M,故有M>>m,即只有M>>m時才可以認為繩對小車的拉力大小等於小吊盤和盤中物塊的重力.所以為了保*在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應該遠小於小車和砝碼的總質量.
(ⅱ)設紙帶上三個相鄰計數點的間距為s1、s2、s3.
由勻變速直線運動的推論得:△x=aT2
即s3﹣s1=2a(5△t)2
a=
圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=24.2mm,s3=47.2mm.
由此求得加速度的大小a==1.15m/s2.
(ⅲ)設小車質量為M,小車受到外力為F,由牛頓第二定律有F=(m+M)a;
所以,=+
所以,﹣m圖象的斜率為,故F=,縱軸截距為b==kM,
所以,M=
故*為:(1)間隔均勻;線*.
(2)(ⅰ)遠小於小車的質量.
(ⅱ);24.2mm;47.2mm;1.15;(ⅲ),
點評:實驗問題要掌握實驗原理、注意事項和誤差來源;遇到涉及圖象的問題時,要先根據物理規律寫出關於縱軸與橫軸的函式表示式,再根據斜率和截距的概念求解即可.
知識點:牛頓第二定律
題型:實驗,探究題
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