18 實驗：驗證牛頓運動定律方法點撥(1)控制變量法(2)圖象法1用圖1甲所示裝置“探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”請思考并完成相關(guān)內(nèi)容： 圖1(1)實驗時，為平衡摩擦力，以下操作正確的是_A連著砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運動B取下砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運動C取下砂桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車緩慢沿木板做直線運動(2)圖乙是實驗中得到的一條紙帶，已知相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，由此可求出小車的加速度a_ m/s2(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)一組同學(xué)在保持木板水平時，研究小車質(zhì)量一定的情況下加速度a與合外力F的關(guān)系，得到如圖丙中所示的aF圖線則小車運動時受到的摩擦力f_ N，小車質(zhì)量M_ kg.若該小組正確完成了步驟(1)，得到的aF圖線應(yīng)該是圖丙中的_(填“”“”或“”)2某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖2所示裝置探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系(1)下列實驗方法，可以采用_A等效法 B控制變量法C放大法 D累積法(2)實驗中，通過向小車放入鉤碼來改變小車質(zhì)量，只要測出小車從長為L的斜面頂端滑至底端的時間t，就可以由公式a_求出加速度圖2(3)實驗中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長木板的傾角，由于沒有量角器，因此通過測量出長木板頂端到水平面的高度h，求出傾角的正弦值sin .某同學(xué)記錄了高度和加速度的對應(yīng)值，并在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系后描點作圖如圖3，請根據(jù)他所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_ m/s2.圖33為了探究加速度與力的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如圖4所示的實驗裝置，一端帶有定滑輪的長木板水平放置，長木板上安裝兩個相距為d的光電門；放在長木板上的滑塊通過繞過定滑輪的細(xì)線與力傳感器相連，力傳感器下掛一重物拉滑塊的細(xì)線的拉力大小F等于力傳感器的示數(shù)讓滑塊從光電門1處由靜止釋放，運動一段時間t后，經(jīng)過光電門2.改變重物質(zhì)量，重復(fù)以上操作，得到下表中的5組數(shù)據(jù)(取g10 m/s2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)圖4次數(shù)a/(m·s2)F/N11.00.7622.00.9933.01.2344.01.5055.01.76(1)若測得兩光電門之間距離d0.5 m，運動時間t0.5 s，則滑塊的加速度a_m/s2.(2)依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖5中畫出aF圖象圖5(3)根據(jù)圖象可得滑塊的質(zhì)量m_kg，滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)_.4某同學(xué)利用“驗證牛頓第二定律”的實驗器材，測量滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)如圖6所示，帶滑輪的長木板水平放置，力傳感器固定在墻上，輕繩分別跨過固定在滑塊上和固定在長木板末端的滑輪，一端與力傳感器連接，另一端豎直懸掛一砂桶，砂桶距地面足夠遠(yuǎn)調(diào)節(jié)兩滑輪的位置使輕繩與長木板平行，不計輕繩與各滑輪之間的摩擦圖6(1)實驗時，一定要進行的操作是_(填選項前的字母)A將長木板右端墊高以平衡摩擦力B使砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量C將打點計時器接交流電源D用天平測砂和砂桶的總質(zhì)量(2)實驗時，記錄力傳感器的示數(shù)F,用天平測出滑塊質(zhì)量m,由紙帶上的點求出加速度a.根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以得出滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)的表達(dá)式_.(重力加速度為g)5如圖7甲所示，一端帶有定滑輪的長木板放置在水平桌面上，靠近長木板的左端固定有一光電門，右端放置一帶有擋光片的小車，小車和擋光片的總質(zhì)量為M，細(xì)線繞過定滑輪，一端與小車相連，另一端掛有6個鉤碼，已知每個鉤碼的質(zhì)量為m，且M4m.圖7(1)用游標(biāo)卡尺測出小車上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則擋光片寬度d_ cm.(2)實驗時為了消除摩擦力的影響，可以把木板右端適當(dāng)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到使小車在_(填“受”或“不受”)細(xì)線的拉力時能沿木板做_直線運動(3)將小車從木板右端由靜止釋放，小車上的擋光片通過光電門的時間為t1，則小車通過光電門的速度為_(用題給字母表示)(4)開始實驗時，細(xì)線另一端掛有6個鉤碼，由靜止釋放小車后細(xì)線上的拉力為F1，接著每次實驗時將1個鉤碼移放到小車上，當(dāng)細(xì)線掛有3個鉤碼時細(xì)線上的拉力為F2，則F1_2F2(填“大于”“等于”或“小于”)(5)若每次移動鉤碼后都從同一位置釋放小車，設(shè)擋光片(寬度為d，且dL)與光電門的距離為L,細(xì)線所掛鉤碼的個數(shù)為n，測出每次擋光片通過光電門的時間為t,測出多組數(shù)據(jù),并繪出n圖象如圖8所示,已知圖線斜率為k,則當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹開(用題給字母表示)圖86為測量一鉛塊的質(zhì)量，某同學(xué)設(shè)計了圖9a所示的實驗將鉛塊和鉤碼用跨過定滑輪的細(xì)繩連接，在質(zhì)量為200 g的鉤碼下端拴上穿過打點計時器的紙帶，閉合電源釋放鉛塊，鉛塊下降,打點計時器在紙帶上打下一系列的點.圖b為紙帶的一部分,其中A、B、C、D為四個連續(xù)的點，已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源上,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.75 m/s2，不計滑輪的質(zhì)量及摩擦，回答下列問題：(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖9(1)計時點D對應(yīng)刻度尺的刻度值為_ cm；(2)鉛塊的加速度大小為_ m/s2；(3)可求得鉛塊的質(zhì)量為_ kg.7某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖10所示已知小車質(zhì)量M214.6 g，砝碼盤質(zhì)量m08.0 g，打點計時器所使用的交流電頻率f50 Hz.其實驗步驟是：圖10A按圖中所示安裝好實驗裝置；B調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；C取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；D將小車置于打點計時器旁,先接通電源,再放開小車,打出一條紙帶,由紙帶求得小車的加速度a；E重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)BD步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度回答下列問題：(1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？_(填“是”或“否”)(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖11所示，由該紙帶可求得小車的加速度a_m/s2.圖11(3)某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，如下表：次數(shù)12345砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49小車的加速度a/(m·s2)0.881.441.842.382.89他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出aF圖象(如圖12)造成圖線不過坐標(biāo)原點的最主要原因是_，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是_，其大小為_.圖12答案精析1(1)B(2)1.60(3)0.100.20解析(1)在平衡摩擦力時，應(yīng)使小車所受重力沿木板斜面方向的分力等于小車所受摩擦力，所以應(yīng)該取下砂桶，輕推小車后，小車能勻速下滑，B項正確(2)將所得紙帶分為等時的兩大段，由逐差公式saT2可知，小車的加速度為：a cm/s21.60 m/s2.(3)木板水平時，由牛頓第二定律FfMa得aF，結(jié)合圖象可知，a0時，fF0.10 N；當(dāng)F0時，0.50 m/s2，所以M0.20 kg.無論是否平衡摩擦力，aF圖線的斜率都等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，故正確完成實驗步驟(1)所得到的實驗圖線應(yīng)過原點且與圖線平行，所以應(yīng)是圖線.2(1)B(2)(3)9.6解析(1)要探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系，由于有兩個變量，可采用控制變量法，B正確(2)小車在光滑斜面上做初速度為零的勻加速運動，由Lat2可得a.(3)小車在光滑斜面上運動時，其加速度agsin ，asin 圖象的斜率表示重力加速度，得g9.6 m/s2.3(1)4.0(2)見解析圖(3)0.250.2解析(1)根據(jù)運動學(xué)公式dat2得，a m/s24.0 m/s2.(2)如圖所示(3)根據(jù)Fmgma得ag，所以滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率等于滑塊質(zhì)量的倒數(shù)由圖象得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率k4，所以滑塊的質(zhì)量m0.25 kg.由圖象得，當(dāng)F0.5 N時，滑塊剛要開始滑動，所以滑塊與軌道間的最大靜摩擦力等于0.5 N.而最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，即mg0.5 N，解得0.2.4(1)C(2)解析(1)由于采用了力傳感器，可直接讀出輕繩的拉力，不需要使砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，也不需要測量砂和砂桶的總質(zhì)量，選項B、D錯誤；由于是測量滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，所以不需要將長木板右端墊高以平衡摩擦力，選項A錯誤；打點計時器必須接交流電源才能使用，選項C正確(2)由于滑塊上有動滑輪，滑塊所受拉力為2F.對滑塊，由牛頓第二定律，2Fmgma，解得：.5(1)0.520(2)不受勻速(3)(4)小于(5)解析(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×4 mm0.20 mm，則最終讀數(shù)為5.20 mm0.520 cm.(2)當(dāng)小車不受細(xì)線的拉力時，重力沿木板向下的分力若與摩擦力平衡，小車做勻速直線運動(3)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度的大小，則小車通過光電門的速度為.(4)當(dāng)細(xì)線掛有6個鉤碼時，對小車和鉤碼整體分析，a10.6g，對小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F1Ma14m×0.6g2.4mg，當(dāng)細(xì)線掛有3個鉤碼時，對整體分析，a20.3g，對小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F27ma22.1mg，可知F12F2.(5)小車通過光電門的速度v，根據(jù)v22aL，得2aL，因為a，代入解得n，圖線的斜率k，解得g.6(1)7.60(2)5.00(3)0.621解析(1)根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，毫米刻度尺需要估讀到0.1 mm，計時點D對應(yīng)刻度尺的刻度值為7.60 cm.(2)由saT2可得鉛塊的加速度大小a5.00 m/s2.(3)以鉛塊和鉤碼整體為研究對象，由牛頓運動定律得Mgmg(Mm)a，解得鉛塊的質(zhì)量M0.621 kg.7(1)否(2)0.88(3)在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力(只要涉及“未考慮砝碼盤質(zhì)量的因素”就算正確)砝碼盤的重力0.08 N解析(1)取下細(xì)繩和砝碼盤后，小車加速運動時所受的合外力即為砝碼和砝碼盤的總重力，而實驗中的研究對象是小車，因此，實驗中不必使砝碼及砝碼盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)a×102 m/s20.88 m/s2(3)實驗中本應(yīng)有(m0m)gMa，由于實驗中未計入砝碼盤的質(zhì)量m0，測得的圖象與真實圖象相比沿F軸左移m0g，圖象將不過原點由圖象及上述分析可知，m0g0.08 N.