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實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓第二定律(本欄目對應(yīng)配套訓(xùn)練P26~27)知識鞏固練習(xí)1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)驗(yàn)證加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn),圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖.(交流電的頻率為50Hz)甲乙丙(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為______m/s2.(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)
(2)保持小車的質(zhì)量不變,改變桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量,某位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了加速度a隨合力F變化的圖像(如圖丙所示),圖像上部出現(xiàn)了彎曲并偏離原來的直線,其主要原因是__________________________________________________;若從小車中取出砝碼放入桶中,并以桶和桶中的砝碼、車和車中的砝碼整體為研究對象,圖像上部______(填“會”或“不會”)彎曲.
【答案】(1)3.2(2)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量不會【解析】(1)從乙圖中看出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.04s,加速度a=(6.19+6.70)-(5.17+5.68)(4(2)設(shè)小車的質(zhì)量為M,砝碼和砝碼桶的質(zhì)量為m,根據(jù)牛頓第二定律,對砝碼和砝碼桶有mg-F拉=ma,對小車有F拉=Ma,解得F拉=mMgm+M=mg1+mM=Ma.當(dāng)m?M且小車質(zhì)量M保持不變時(shí),則可知繩子的拉力近似等于砝碼和砝碼桶的總重力;F從0開始增加,當(dāng)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量時(shí),砝碼和砝碼桶的重力可近乎看成與小車質(zhì)量M成正比,故此時(shí)圖像為直線;當(dāng)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量增加到一定程度且不再遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量時(shí),繩子的拉力與砝碼和砝碼桶的總重力的差距就變大,此時(shí)圖像上部出現(xiàn)彎曲;所以原因是砝碼和砝碼桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量.以桶、桶中的砝碼、車和車中的砝碼整體為研究對象,設(shè)張力為T,對砝碼和砝碼桶有mg-T=ma,對小車有T=Ma,由兩式得整體的加速度為a=mgM+m=2.(2023年中山一中模擬)某學(xué)習(xí)小組利用如圖甲中的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度與力的關(guān)系.(1)要用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力,則應(yīng)先平衡摩擦力,同時(shí)使鉤碼的質(zhì)量________(填“遠(yuǎn)小于”“等于”或“遠(yuǎn)大于”)小車的質(zhì)量.
(2)保持小車質(zhì)量不變,改變鉤碼(質(zhì)量均為m)的個(gè)數(shù)n,測出小車對應(yīng)的加速度a.(3)作出a-n圖像如圖乙所示,則說明在小車質(zhì)量一定時(shí),加速度與合力成正比.(4)若該圖像斜率為k,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,則小車的質(zhì)量M=________,測量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值.
【答案】(1)遠(yuǎn)小于(4)mgk【解析】(1)根據(jù)牛頓第二定律,對鉤碼和小車整體m0g=(M+m0)a,對小車T=Ma,整理得T=m0g1+m0(4)用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力,根據(jù)牛頓第二定律nmg=Ma,整理a=mgMn,結(jié)合圖像k=mgM,可得M=mgk,實(shí)際上,鉤碼本身也有加速度,則nmg=(m+M)a,整理得a=mgM+mn,結(jié)合圖像k=mgM+3.為了測量滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)μ,某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,交流電的頻率為f,重力加速度為g,細(xì)繩質(zhì)量忽略不計(jì).甲(1)在該實(shí)驗(yàn)中,下列操作是實(shí)驗(yàn)中必不可少的是__________.
A.墊高長木板右端,以平衡摩擦力B.用天平測出滑塊與滑輪1的總質(zhì)量MC.保證鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊與滑輪1的總質(zhì)量MD.記錄滑塊滑動時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F(2)該實(shí)驗(yàn)小組在某次實(shí)驗(yàn)中得到了圖乙所示的一條紙帶,請根據(jù)紙帶上測量的所有數(shù)據(jù)和題干給出的相關(guān)數(shù)據(jù)推算出滑塊加速度的大小為__________________(用題給字母表示).
乙丙(3)若該實(shí)驗(yàn)小組改變鉤碼的總質(zhì)量m做了多次實(shí)驗(yàn),記錄了每次實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)的示數(shù)F并計(jì)算出該示數(shù)下滑塊加速度a,發(fā)現(xiàn)a-F圖像是一條如圖丙所示的直線,直線與縱軸的交點(diǎn)為(0,-a0),則滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)可表示為______(用題給字母表示);由于其他摩擦的影響,該動摩擦因數(shù)的測量值比真實(shí)值______(填“偏大”或“偏小”).
【答案】(1)D(2)[(3)a0【解析】(1)該實(shí)驗(yàn)中不需要墊高長木板右端平衡摩擦力,A錯誤;對滑塊與滑輪1分析可知2F-μMg=Ma,可得a=2MF-μg,若作出a-F圖像,可由截距求解動摩擦因數(shù),則也沒必要用天平測出滑塊與滑輪1的總質(zhì)量M,B錯誤;因用彈簧測力計(jì)測量拉力,則不需要保證鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊與滑輪1的總質(zhì)量M,C錯誤;由B的分析可知,必須記錄滑塊滑動時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F,D正確(2)根據(jù)Δx=aT2可得s3-s1=3a1T2,s4-s2=3a2T2,則加速度a=12(a1+a2)=((3)根據(jù)(1)的分析可知a=2MF-μg,則結(jié)合圖像可知μg=a0,即μ=a0綜合提升練習(xí)4.(2023年廣東二模)某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ.長木板固定在水平桌面上,左端安裝遮光片的物塊通過細(xì)繩跨過定滑輪與重物連接,光電門固定在靠近定滑輪處,物塊(含遮光片)的質(zhì)量為M,重物的質(zhì)量為m.靜止釋放物塊,記錄物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s及遮光片通過光電門的遮光時(shí)間t,改變物塊的釋放位置,重復(fù)多次實(shí)驗(yàn).
(1)下列操作對實(shí)驗(yàn)是必要的是________.
A.調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使細(xì)繩與長木板平行B.用天平測出物塊(含遮光片)和重物的質(zhì)量C.為減小實(shí)驗(yàn)誤差,物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s盡可能近一點(diǎn)(2)利用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d,如圖乙所示,應(yīng)利用游標(biāo)卡尺_(dá)_______部分進(jìn)行測量(填圖乙中字母代號),讀數(shù)為d=________mm.
(3)根據(jù)多組s、t數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中作出1t2-s圖像如圖丙所示,圖像的斜率為k,設(shè)重力加速度為g,則物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)μ=____________(用題中物理量字母符號表示)【答案】(1)AB(2)B11.70(3)2【解析】(1)為了減小誤差,繩子拉力應(yīng)沿著水平方向,需要調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使細(xì)繩與長木板平行,A正確;本實(shí)驗(yàn)利用牛頓第二定律測量動摩擦因數(shù),需要用天平測出物塊(含遮光片)和重物的質(zhì)量,B正確;為減小實(shí)驗(yàn)誤差,物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)一些,C錯誤.(2
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