探究“牛顿第二定律”时,某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。实验装置如下图所示,将两平行轨道并排放置在水平桌面上,两小车后的刹车线穿过尾端固定板,由
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探究“牛顿第二定律”时,某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。实验装置如下图所示,将两平行轨道并排放置在水平桌面上,两小车后的刹车线穿过尾端固定板,由
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探究“牛顿第二定律”时,某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。实验装置如下图所示,将两平行轨道并排放置在水平桌面上,两小车后的刹车线穿过尾端固定板,由安装在后面的刹车系统同时进行控制(未画出刹车系统)。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。试回答下列问题:
(1)通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小,是因为位移与加速度的关系式为
。
(2)已知两车质量均为200g,实验数据如表中所示:
请回答下列问题:
①分析表中数据可得到结论:
。
②该装置中的刹车系统的作用是_________________________________。
答案
(1)
(2)①在实验误差范围内当小车质量保持不变时,由于
说明
;②控制两车同时运动和同时停止;调整两木板平衡摩擦力(或使砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量等);
解析
试题分析:(1)对匀加速直线运动,位移时间公式有
;(2)刹车系统一个作用是可以控制两车同时运动和停止以使用运动时间
相同,另一个作用是可以用来平衡摩擦力,还可以保证小车等效质量远大于砝码(及盘)的质量。
举一反三
探究能力是物理学研究的重要能力之一,物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能,转动动能的大小与物体转动的角速度有关,为了研究砂轮的转动动能E
k
与角速度ω的关系,某同学采用了下述实验方法进行探究:先让砂轮由动力带动匀速旋转,测得其角速度ω,然后让砂轮脱离动力,由于克服转轴间摩擦力做功,砂轮最后停下,测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n,通过分析实验数据,得出结论。经实验测得的几组ω和n如下表所示:
ω/rad・s-1
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
E
k
/J
另外已测得砂轮转轴的直径为1cm,转轴间的摩擦力为
(1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能,并填入上表中。
(2)由上述数据推导出砂轮转动动能与角速度的关系式为________________。
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(10分)(1)“探究合力与分力的关系”的实验如下图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,P为橡皮条与细绳的结点。用两把互成角度的弹簧秤把结点P拉到位置O。
①从图甲可读得弹簧秤B的示数为
N。
②为了更准确得到合力与分力的关系,要采用作力的
(填“图示”或“示意图”)来表示分力与合力。
③图乙中方向一定沿AO方向的力是
(填“F”或“F′”)。
(2)在研究弹力和弹簧的形变量的关系的实验中,将弹簧水平放置测出其自然长度,作为原长。然后竖直悬挂,在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的。记录外力F和弹簧的伸长量x作出F-x图线如上图所示,由图可知弹簧的劲度系数为
N/m,图线不过坐标原点的原因是由于
。
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在“探究加速度与力、质量的关系”实验中:
(1)某组同学用如图甲所示装置,采用控制变量的方法,来探究小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到的力的关系。
该组同学由实验得出的数据,作出a-F图象,如图乙所示,那么该组同学实验中出现的问题可能是
A.实验中摩擦力没有平衡
B.实验中摩擦力平衡过度
C.实验中绳子拉力方向没有跟平板平行
D.实验中小车质量发生变化
(2)下图所示是某同学通过实验得到的一条纸带,他在纸带上取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点(每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出),将毫米刻度尺放在纸带上。根据下图可知,打下E点时小车的速度为
m/s,小车的加速度为
m/s
2
。(计算结果均保留两位有效数字)
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在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时,采用如下图(a)所示的实验装置.小车及车中的砝码质量用M表示,砂和砂桶的质量用m表示. (交流电的频率为50Hz)
(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为
m/s
2
(保留两位有效数字)
(2)当M与m的大小关系满足________时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力.
(3)在实验中,由于没有注意始终满足(2)的条件,结果得到的图象应是图中的( )
(4)某一组同学先保持砂和砂桶的质量m一定来做实验,其具体操作步骤如下,以下做法正确的是________.
A.平衡摩擦力时,应将砂和砂桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源
D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式
求出
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在验证牛顿运动定律的实验中有如图(a)所示的装置,小车放在斜面上,车前端拴有不可伸长的细线,跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连,小车后面与打点计时器的纸带相连.开始时,小车停在靠近打点计时器的位置,重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离.启动计时器,释放重物,小车在重物牵引下,由静止开始沿斜面向上运动,重物落地后,小车会继续向上运动一段距离.打点计时器使用的交流电频率为50Hz. 图(b)中a、b、c是小车运动纸带上的三段,纸带运动方向如图箭头所示.
(1)根据所提供的纸带和数据,计算打c段纸带时小车的加速度大小为
m/s
2
(计算结果保留两位有效数字).
(2) 打a段纸带时,小车的加速度是2.5m/s
2
,请根据加速度的情况,判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的
两点之间.
(3) 若重力加速度取
,由纸带数据可推算出重物m与小车的质量M比为m:M=
.
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