图1为验*牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用△t表示.在...
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图1为验*牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用△t表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.
(1)完成下列实验步骤中的填空:
①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列 的点.
②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码.
③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点迹的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m.
④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.
⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1,s2,….求出与不同m相对应的加速度a.
⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上做出﹣﹣m关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m处应成线*关系(填“线*”或“非线*”).
(2)完成下列填空:
(ⅰ)本实验中,为了保*在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 .
(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3.a可用s1、s3和△t表示为a=.图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1= mm,s3= mm.由此求得加速度的大小a= m/s2.
(ⅲ)图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为,小车的质量为.
【回答】
考点:验*牛顿第二运动定律.
专题:实验题;牛顿运动定律综合专题.
分析:1、①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀⑥由a=,故=,故与m成线*关系
为了保*在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量
由匀变速直线运动的推论得:△x=aT2
由a=,故=,故成线*关系,且斜率为,设小车质量为M,则由牛顿第二定律写出与小车上砝码质量m+M的表达式,然后结合斜率与截距概念求解即可
解答: 解:(1)①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀.
⑥由a=,故=,故与m成线*关系.
(2)(ⅰ)设小车的质量为M,小吊盘和盘中物块的质量为m,设绳子上拉力为F,
以整体为研究对象有mg=(m+M)a
解得a=
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=mg
显然要有F=mg必有m+M=M,故有M>>m,即只有M>>m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力.所以为了保*在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量.
(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3.
由匀变速直线运动的推论得:△x=aT2
即s3﹣s1=2a(5△t)2
a=
图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1=24.2mm,s3=47.2mm.
由此求得加速度的大小a==1.15m/s2.
(ⅲ)设小车质量为M,小车受到外力为F,由牛顿第二定律有F=(m+M)a;
所以,=+
所以,﹣m图象的斜率为,故F=,纵轴截距为b==kM,
所以,M=
故*为:(1)间隔均匀;线*.
(2)(ⅰ)远小于小车的质量.
(ⅱ);24.2mm;47.2mm;1.15;(ⅲ),
点评:实验问题要掌握实验原理、注意事项和误差来源;遇到涉及图象的问题时,要先根据物理规律写出关于纵轴与横轴的函数表达式,再根据斜率和截距的概念求解即可.
知识点:牛顿第二定律
题型:实验,探究题
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