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试题详情

图1为验证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50 Hz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探究“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,获得带有点列的纸带,在纸袋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,在坐标纸上作出-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应成__________关系(填“线性”或“非线性”)。

(2)完成下列填空:

(ⅰ)本实验中,为了保证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和s3,a可用s1、s3t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

图2

(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__________。

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试题答案

(1)①等间距 ⑥线性

(2)(ⅰ)远小于小车和砝码的总质量

(ⅱ) 24.2(23.9~24.5均对) 47.3(47.0~47.6均对) 1.16(1.13~1.19均对)

(ⅲ) 

试题解析

(1)①小车所受的阻力平衡后,小车做匀速直线运动,打点计时器打出的点间距相等。

⑥若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则F=(m0+m)a,,小车质量m0及拉力F一定,由数学知识可知与m应成线性关系。

(2)(ⅰ)对小吊盘及物块,由牛顿第二定律可得:mg-T=ma;对小车同理:T=Ma,两式联立可得,故只有M≫m时,T≈mg,小车所受的拉力近似不变。

(ⅱ)由匀变速直线运动中,等时间间隔位移关系特点,可知:s3-s1=2a(5t)2

(ⅲ)设小车质量为m0,则由牛顿第二定律可得F=(m0+m)a,即①,由图像可以看出②,③,由②③可解得:

少年,再来一题如何?
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