為研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量間的關係”,某同學設計瞭如圖1所示的實驗裝置,圖中打點計時器的...
問題詳情:
為研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量間的關係”,某同學設計瞭如圖1所示的實驗裝置,圖中打點計時器的交流電源頻率為f=50Hz.
(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打開打點計時器電源,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,在座標紙上作出﹣m關係圖線.
(2)完成下列填空:
①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 ;
②圖3為用米尺測量某一紙帶的情況,a可用s1、s3和f表示為a= ,由圖可讀出s1、s2、s3,其中s1= cm,代入各數據,便可求得加速度的大小;
③圖2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: 探究加速度與物體質量、物體受力的關係.
專題: 實驗題.
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;
(2)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,即可求解加速度,由牛頓第二定律求出圖象的函數表達式,然後根據圖示圖象分析答題.
解答: 解:(1)①平衡摩擦力時,如果小車的重力沿板方向的分力正好等於摩擦力,給小車一個速度,小車將做勻速運動,因此打點計時器打出的點應該是間隔基本相等的;
(2)①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,
以整體為研究對象有mg=(m+M)a
解得a=
以M為研究對象有繩子的拉力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,所以應滿足的條件是:小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小於小車的質量;
②根據勻變速直線運動規律可知,相鄰相等時間內的位移之差相等,即:△s=aT2,又由題意可知打點的時間間隔為△t、每5個間隔標註一個計數點,因此相鄰計數點之間的時間間隔為:T=5△t,△t=有:s3﹣s1=2aT2,解得:a=,根據題圖可讀出s1=36.7mm﹣12.5mm=2.42cm(由於刻度尺讀數時要有估讀位,因此讀數在2.39~2.45cm之間均正確);
③設細線對小車的拉力為F,小車的質量為M,砝碼隨小車一起加速運動的加速度為a,根據牛頓第二定律有:F=(M+m)a,解得:,所以,k=,b=,解得:F=,M=,即小車受到的拉力為,小車的質量為.
故*為:(1)間隔基本相等;(2)①小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小於小車的質量;②;2.42;③;
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數表達式,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