實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會用控制變量法研究物理量的關(guān)系。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.保持質(zhì)量不變,探究加速度跟合外力的關(guān)系。2.保持合外力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。3.作出a-F圖象和a- 圖象,確定其關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼。-3-四、實(shí)驗(yàn)步驟1.稱量質(zhì)量用天平測量小盤的質(zhì)量m1和小車的質(zhì)量m2。2.安裝器材按如圖所示裝置安裝器材(只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上)。3.平衡摩擦力在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動薄木塊的位置,直至小車能拉著紙帶勻速下滑。-4-4.測量加速度(1)保持小車的質(zhì)量不變,打出一條紙帶。計(jì)算小盤和砝碼的重力由紙帶計(jì)算出小車的加速度,并填入表中。改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù),并多做幾次。(2)保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變,在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板上滑動打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量m0,并由紙帶計(jì)算出小車對應(yīng)的加速度,填入表中。改變小車上砝碼的個數(shù),多做幾次。-5-五、數(shù)據(jù)處理1.利用x=aT2及逐差法求a。2.以a為縱坐標(biāo),F為橫坐標(biāo),根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn),如果這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上,說明a與F成正比。3.以a為縱坐標(biāo), 為橫坐標(biāo),描點(diǎn)、連線,如果該線為過原點(diǎn)的直線,就能判定a與m成反比。六、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)原理不完善:本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力,而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。-6-七、注意事項(xiàng)1.平衡摩擦力:適當(dāng)墊高木板的右端,使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力。在平衡摩擦力時,不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上,讓小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶勻速運(yùn)動。2.不重復(fù)平衡摩擦力。3.實(shí)驗(yàn)條件:m0m。4.一先一后一按:開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器,先接通電源,后釋放小車,在小車到達(dá)滑輪前按住小車。-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二教材原型實(shí)驗(yàn)教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2018山東棗莊質(zhì)檢)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律。(1)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到如圖(b)所示的a-F圖象,造成這一結(jié)果的原因是在平衡摩擦力時。圖中a0表示的是時小車的加速度。 -8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)某同學(xué)得到如圖(c)所示的紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時器電源頻率為50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點(diǎn)。s=sDG-sAD= cm。由此可算出小車的加速度a= m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 -9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案:(1)長木板的傾角過大未掛砂桶(2)1.805.0解析:(1)根據(jù)圖象(b)可知,當(dāng)沒有懸掛砂桶時,小車已經(jīng)產(chǎn)生加速度,由此可知在操作個過程中,平衡摩擦力過度即長木板的傾角過大,圖中a0表示的是未掛砂桶時小車的加速度大小。(2)根據(jù)刻度尺的示數(shù)可知:s=sDG-sAD=3.90 cm-2.10 cm=1.80 cm=0.018 0 m,時間間隔為T=0.06 s,由勻變速直線運(yùn)動的推論:x=aT2可知加速度思維點(diǎn)撥(1)實(shí)驗(yàn)前要恰好平衡摩擦力,不能平衡摩擦力過度或不足,分析圖示圖象答題。(2)根據(jù)圖示刻度尺求出兩點(diǎn)間的距離,然后應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的推論x=aT2求出加速度。-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景,通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理設(shè)置題目,或者通過實(shí)驗(yàn)原理的拓展來設(shè)置題目。一、實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二二、數(shù)據(jù)測量的改進(jìn)三、實(shí)驗(yàn)的拓展延伸以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二例2(2016全國卷)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中,置于實(shí)驗(yàn)臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N=5個,每個質(zhì)量均為0.010 kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下:-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi);用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制s-t圖象,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖象如圖(b)所示:由圖(b)求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字),將結(jié)果填入下表。-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出a-n圖象。從圖象可以看出:當(dāng)物體質(zhì)量一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比。-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為 kg(保留2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8 ms-2)。 (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號)。 A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線,但該直線不過原點(diǎn)C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大答案:(3)0.40(0.370.49均對)(4)a-n圖線見解析(5)0.45(在0.43和0.47范圍內(nèi)都給分)(6)BC解析:(3)小滑車釋放后做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動滿足x= at2由題圖(b)知,當(dāng)x=0.8 m時,t=2.00 s,代入式解得a=0.40 m/s2-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)描點(diǎn)作圖a-n圖線如圖:(5)對鉤碼與小滑車組成的系統(tǒng)有nmg=(m+5m)a解得m=0.45 kg。(6)若木板保持水平,則對系統(tǒng)由牛頓第二定律得nmg-m+(N-n)mg=(m+Nm)a由此知圖線不過原點(diǎn),且斜率增大,故B、C選項(xiàng)正確。 -18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥此實(shí)驗(yàn)與教材中實(shí)驗(yàn)對比,研究對象一樣嗎? 答案:不一樣,教材實(shí)驗(yàn)中研究對象是小車,此實(shí)驗(yàn)中的研究對象是小車和鉤碼(包括懸掛的鉤碼)。-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二例3實(shí)驗(yàn):用如圖甲所示的裝置探究加速度a與力F的關(guān)系,帶滑輪的長木板水平放置,彈簧測力計(jì)固定在墻上。-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)實(shí)驗(yàn)時,一定要進(jìn)行的操作是。(填選項(xiàng)字母)A.小車靠近打點(diǎn)計(jì)時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)求出加速度a,同時記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)FB.改變小車的質(zhì)量,打出幾條紙帶C.用天平測出砂和砂桶的總質(zhì)量D.為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)若要把小車所受拉力視為小車所受的合力,在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)操作之前,首先應(yīng)該完成的實(shí)驗(yàn)步驟是。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫出了如圖乙所示的a-F圖象,測得斜率為k,則小車的質(zhì)量為。 -21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)若某次實(shí)驗(yàn),求得小車的加速度為a,則此時砂和砂桶的加速度為。 (5)若彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為F,則F(填“大于”“等于”或“小于”)mg(m為砂和砂桶的總質(zhì)量)。 解析:(1)打點(diǎn)計(jì)時器運(yùn)用時,都是先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶,該實(shí)驗(yàn)探究加速度與力的關(guān)系,要記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù),A正確;要探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時,就要改變小車的質(zhì)量,這個實(shí)驗(yàn)是研究加速度隨F變化關(guān)系,B錯誤;拉力可以由彈簧測力計(jì)測出,不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量,也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量,C、D錯誤;故選A。-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)小車在運(yùn)動中要受到木板對小車的摩擦力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器間的摩擦力,要把小車所受拉力視為小車所受的合力,就要平衡摩擦力。(3)對a-F圖象來說,圖象的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù),(4)兩股細(xì)繩拉小車,所以小車與砂桶的加速度是2倍關(guān)系,所以砂和砂桶的加速度為2a。(5)因?yàn)樯昂蜕巴坝屑铀俣?所以繩的拉力小于砂和砂桶的重力,即彈簧測力計(jì)的讀數(shù)小于砂和砂桶的重力。-23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二例4(2018山東臨沭月考)為了探究加速度與力的關(guān)系,使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G1、G2為兩個光電門,它們與數(shù)字計(jì)時器相連,當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時,光束被遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄?；衅鬟B同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為s,牽引砝碼的質(zhì)量為m。-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二回答下列問題:(1)實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘,使氣墊導(dǎo)軌水平,在不增加其他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位?答:。 (2)若取M=0.4 kg,改變m的值,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),以下m的取值不合適的一個是。 A.m1=5 gB.m2=15 gC.m3=40 gD.m4=400 g(3)在此實(shí)驗(yàn)中,需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度,其中求得的加速度的表達(dá)式為(用t1、t2、D、s表示)。 -25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案:(1)將滑行器自由放在導(dǎo)軌上,并輕推滑行器,看其能否做勻速運(yùn)動解析:(1)氣墊導(dǎo)軌可以認(rèn)為是光滑的,在判斷其是否水平時可以采取的方法是接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,滑塊基本保持靜止說明導(dǎo)軌是光滑的,或接通氣源,將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動。(2)在該實(shí)驗(yàn)中實(shí)際是mg=(M+m)a,要滿足mg=Ma,應(yīng)該使砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量。若取M=0.4 kg,改變m的值,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),m4=400 g不能滿足,故選D。-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(3)根據(jù)遮光條通過光電門的速度可以用平均速度代替得 -27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥(1)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌水平時,滑塊做勻速直線運(yùn)動,通過光電門的速度相等,即光電門的擋光時間相等。(2)在實(shí)驗(yàn)中,認(rèn)為m的重力等于滑塊所受的合力,所以m的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量。(3)滑塊經(jīng)過光電門時的速度近似等于滑塊經(jīng)過光電門時的平均速度,可由v= 求出,然后由勻變速運(yùn)動的速度位移公式求出滑塊的加速度。-28-1.在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時,采用如圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置。小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示,盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示。-29-(1)若已平衡好摩擦力,在小車做勻加速直線運(yùn)動過程中繩子拉力FT=,當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足時,才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力。 (2)某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來做實(shí)驗(yàn),其具體操作步驟如下,以下做法正確的是。 A.平衡摩擦力時,應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上B.每次改變小車的質(zhì)量時,需要重新平衡摩擦力C.實(shí)驗(yàn)時,先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源,再放開小車D.用天平測出m以及小車質(zhì)量M,小車運(yùn)動的加速度可直接用公式a= 求出(3)某小組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系,由于他們操作不當(dāng),這組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖b所示,其原因是。 -30-(4)圖c是某次實(shí)驗(yàn)中得到的紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時器使用的交流電源頻率為50 Hz,每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出,求出小車下滑的加速度為m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)C(3)平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力;沒有滿足Mm(4)1.58-31-解析:(1)該實(shí)驗(yàn)的研究對象是小車,采用控制變量法研究。當(dāng)質(zhì)量一定時,研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系。那么小車的合力怎么改變和測量呢?為消除摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響,可以把木板D的右端適當(dāng)墊高,以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小車的合力就是繩子的拉力。根據(jù)牛頓第二定律得:對m:mg-FT=ma對M:FT=Ma當(dāng)Mm時,即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力,繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力。-32-(2)平衡摩擦力時,應(yīng)將繩從小車上拿去,輕輕推動小車,使小車沿木板運(yùn)動,通過打點(diǎn)計(jì)時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動。故A錯誤。每次改變小車的質(zhì)量時,小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力。故B錯誤。實(shí)驗(yàn)時,若先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時器電源,由于小車運(yùn)動較快,可能會使打出來的點(diǎn)很少,不利于數(shù)據(jù)的采集和處理。故C正確。小車運(yùn)動的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時器測量,如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M,直接用公式求出,這是在直接運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的,而我們實(shí)驗(yàn)是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系。故D錯誤。故選C。-33-(3)當(dāng)F0時,a=0。也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0,說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消。該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟,隨著F的增大,即砂和砂桶質(zhì)量的增大,不再滿足砂和砂桶遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。(4)由于每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有畫出,所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1 s,根據(jù)x=aT2,運(yùn)用逐差法得-34-2.在水平固定的長木板上,小潘用物體A、B分別探究了加速度隨著外力的變化的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示(打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶圖中未畫出)。實(shí)驗(yàn)過程中小潘用不同的重物P分別掛在光滑的輕質(zhì)動滑輪上,使平行于長木板的細(xì)線分別拉動長木板上的物體A、B由靜止開始加速運(yùn)動(紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器之間阻力及空氣阻力可忽略),實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,小潘得到了物體A、B的加速度a與輕質(zhì)彈簧測力計(jì)彈力F的關(guān)系圖象分別如圖乙中的A、B所示。-35-(1)(多選)由圖甲判斷下列說法正確的是()A.一端帶有定滑輪的長木板不水平也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腂.實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時器電源后釋放物體C.實(shí)驗(yàn)中重物P的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于物體的質(zhì)量D.彈簧測力計(jì)的讀數(shù)始終為重物P的重力的一半(2)小潘仔細(xì)分析了圖乙中兩條線不重合的原因,得出結(jié)論:兩個物體的質(zhì)量不等,且mA(填“大于”“等于”或“小于”)mB;兩物體與木板之間動摩擦因數(shù)A(填“大于”“等于”或“小于”)B。-36-答案:(1)AB(2)小于大于解析:(1)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)把長木板沒有定滑輪的一端墊高,平衡摩擦力,長木板不能保持水平,故A正確;實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先接通電源,再放開物體,故B正確;物體所受到的拉力可以由彈簧測力計(jì)讀出,實(shí)驗(yàn)過程中不需要控制重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于物塊的質(zhì)量,故C錯誤;圖示滑輪為動滑輪,重物靜止或做勻速直線運(yùn)動時,彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于重物P重力的一半,重物加速下降時,處于失重狀態(tài),測力計(jì)示數(shù)小于重物重力的一半,故D錯誤。(2)由牛頓第二定律得m= ,a-F圖象斜率的倒數(shù)等于m,由圖象可得:A的斜率大于B的斜率,則A斜率的倒數(shù)小于B斜率的倒數(shù),即A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量;由牛頓第二定律得F-mg=ma,a=0時,F=mg,由圖象可知,a=0時,A、B受力相等,即AmAg=BmBg,而mAB。-37-3.(2018山東泰安月考)要測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量,由于沒有直接的測量工具,某實(shí)驗(yàn)小組選用下列器材:輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略)、砝碼一套(總質(zhì)量m=0.5 kg)、細(xì)線、刻度尺、停表。他們根據(jù)已學(xué)過的物理學(xué)知識,改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行多次測量,選擇合適的變量得到線性關(guān)系,作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距求出沙袋的質(zhì)量。請完成下列步驟。-38-(1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,設(shè)左右兩邊沙袋A、B的質(zhì)量分別為m1、m2;(2)取出質(zhì)量為m的砝碼放在右邊沙袋中,剩余砝碼都放在左邊沙袋中,發(fā)現(xiàn)A下降,B上升;(3)用刻度尺測出A從靜止下降的距離h,用秒表測出A下降所用的時間t,則可知A的加速度大小a=;(4)改變m,測量相應(yīng)的加速度a,得到多組m及a的數(shù)據(jù),作出(選填“a-m”或“a- ”)圖線;(5)若求得圖線的斜率k=4 m/(kgs2),截距b=2 m/s2,則沙袋的質(zhì)量m1= kg,m2= kg。-39-(4)、(5)根據(jù)牛頓第二定律得對m1及砝碼:(m1+m)g-FT=(m1+m)a對m2及砝碼:FT-(m2+m-m)g=(m2+m-m)a將k、b、m代入計(jì)算,解得m1=3 kg,m2=1.5 kg。 -40-4.(2018湖北黃岡市高三檢測)如圖(a)所示,是某同學(xué)在探究“物體質(zhì)量一定時,加速度與合外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)時將小車從光電門A的右側(cè)由靜止釋放,與光電門連接的數(shù)字計(jì)時器可以測量遮光片經(jīng)過光電門A、B所用的時間tA、tB,回答下列問題。-41-(1)下列實(shí)驗(yàn)要求必須滿足的是。 A.保證沙桶和沙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量B.保持沙和沙桶的質(zhì)量不變C.保持穿過光電門的細(xì)線與長木板平行D.保持小車的質(zhì)量不變(2)為測算小車的加速度,實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有和。 (3)實(shí)驗(yàn)中改變沙和沙桶的質(zhì)量,得到小車加速度a與彈簧彈力F的對應(yīng)關(guān)系如圖(b)所示,圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能的原因是。 -42-答案:(1)CD(2)遮光片的寬度光電門A、B間的距離(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足解析:(1)由于該實(shí)驗(yàn)的連接方式,重物和小車不具有共同的加速度,小車是在繩的拉力下加速運(yùn)動,此拉力可由測力計(jì)示數(shù)獲得,不需要用重物的重力來代替,故不要求沙桶和沙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,故A錯誤;根據(jù)控制變量法原理可知,探究“物體質(zhì)量一定,加速度與合外力的關(guān)系”時要保持小車的質(zhì)量不變,改變沙和沙桶的質(zhì)量,故B錯誤,D正確;保持穿過光電門的細(xì)線與長木板平行,使平衡摩擦力后,繩子的拉力等于小車受到的合外力,故C正確;故選CD。-43-(2)已經(jīng)知道遮光片經(jīng)過光電門A、B所用的時間tA、tB,則需要測量遮光片的寬度d,從而求出經(jīng)過A、B時的速度,要求出加速度,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動位移速度公式即可求解,所以還要測出光電門A、B間的距離。(3)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),F不為零時,加速度仍為零,知實(shí)驗(yàn)前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。-44-5.(2018河北衡水中學(xué)一調(diào))現(xiàn)要測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù),實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。表面粗糙的木板一端固定在水平桌面上,另一端抬起一定高度構(gòu)成斜面;木板上有一滑塊,其后端與穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶相連,打點(diǎn)計(jì)時器固定在木板上,連接頻率為50 Hz的交流電源。接通電源后,從靜止釋放滑塊,滑塊帶動紙帶上打出一系列點(diǎn)跡。-45-(1)圖2給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分:0、1、2、3、4、5、6是實(shí)驗(yàn)中選取的計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),2、3和5、6計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖2所示。由圖中數(shù)據(jù)求出滑塊的加速度a= m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (2)已知木板的長度為l,為了求出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù),還應(yīng)測量的物理量是。 A.滑塊到達(dá)斜面底端的速度vB.滑塊的質(zhì)量mC.滑塊的運(yùn)動時間tD.斜面高度h和底邊長度x(3)設(shè)重力加速度為g,滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)的表達(dá)式=(用所需測量物理量的字母表示)。-46-解析:(1)每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn),說明相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)時間間隔T=0.1 s,(2)要測量動摩擦因數(shù),由mgcos =ma,可知要求,需要知道加速度與夾角余弦值,紙帶數(shù)據(jù)可算出加速度大小,再根據(jù)斜面高度h和底邊長度x,結(jié)合三角知識,即可求解,故A、B、C錯誤,D正確;(3)以滑塊為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律有mgsin -mgcos =ma