“验证牛顿第二定律”实验(1)实验思路:①保持小车质量不变,改变细线对小车的______测出小车的______,验证______和______是否成正比;②保持
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“验证牛顿第二定律”实验 (1)实验思路:①保持小车质量不变,改变细线对小车的______测出小车的______,验证______和______是否成正比;②保持细线对小车的牵引力不变,改变小车的______,测出小车______,验证______是否与______成反比. (2)①如左下图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置,在图示状态下,开始做实验,该同学有装置和操作中的主要错误是:(至少三项)______.
②根据牛顿第二定律实验做出的a-F图线应如右上图中图线1所示,有同学根据实验作出图线如右上图中的图线2所示,其实验过程中不符合实验要求的操作是______,有同学根据实验作出的图线如右上图中的图线3所示,其实验过程中不符合实验要求的操作是______和______. |
答案
(1)该实验是采用控制变量法研究, 实验思路:①保持小车质量不变,改变细线对小车的牵引力测出小车的加速度,验证力和加速度是否成正比; ②保持细线对小车的牵引力不变,改变小车的质量,测出小车加速度,验证 加速度是否与质量成反比. (2)①安装仪器时我们需要注意:①平衡摩擦力,将木板一端垫高;②细线与木板平行,保证拉力在小车前进的方向上;③打点计时器需要用交流电源;④释放小车时应让小车从靠近计时器处释放,在纸带上打上尽量多的点; 故错误之处有:①应将电池改为交流电;②没有平衡摩擦力;③小车应靠近打点计时器端;④左端连接的细线应与木板平行 ②根据牛顿第二定律实验做出的a-F图线应如右上图中图线1所示,有同学根据实验作出图线如右上图中的图线2所示,图线2表明在小车的拉力为0时,小车的加速度大于0,说明合外力大于0,说明平衡摩擦力过渡,即把长木板的末端抬得过高了. 其实验过程中不符合实验要求的操作是平衡摩擦力时木板垫得过高, 有同学根据实验作出的图线如右上图中的图线3所示,图线3说明在拉力大于0时,物体的加速度为0,说明合外力为0,即绳子的拉力被摩擦力平衡了,即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,也就是没有将长木板的末端抬高或抬高不够.该实验中当小车的质量远大于钩码质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小,随着F的增大,即随着钩码质量增大,逐渐的钩码质量不再比小车质量小的多,因此会出现较大误差,图象会产生偏折现象. 其实验过程中不符合实验要求的操作是未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力和 实验中未满足m<<M的条件. 故答案为:(1)①牵引力、加速度,力、加速度.②质量、加速度,加速度、质量. (2)①应将电池改为交流电;②没有平衡摩擦力;③小车应靠近打点计时器端;④左端连接的细线应与木板平行 ②平衡摩擦力时木板垫得过高(或倾角过大);未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力(或倾角过小); 实验中未满足m<<M的条件 |
举一反三
如图所示的装置中,中间的弹簧质量忽略不计,两个小球质量皆为m,当剪断上端的绳子OA的瞬间.小球A和B的加速度多大? |
在做“验证牛顿第二定律”的实验时(装置如图1所示) (1)研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下: (A)用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量. (B)按图装好实验器材.使带滑轮长木板右端抬起,平衡摩擦力. (C)把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶. (D)将打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量. (E)保持小桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验.
(F)分析每条纸带,测量并计算出加速度的值. (G)作a-M关系图象,并由图象确定a、M关系. 在上述步骤中,有错误或处理不恰当的是 步骤______,应把______改为______. 步骤______,应把______改为______. (2)利用上题装置做“验证牛顿第二定律”的实验时: 甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图2所示中的直线Ⅰ,乙同学画出的图象为图中的Ⅱ直线.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大.明显超出了误差范围,下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释,其中可能正确的是______. (A)实验前甲同学没有平衡摩擦力 (B)甲同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了 (C)实验前乙同学没有平衡摩擦力 (D)乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了 (3)在用接在50Hz交流电源上的打点计时器测定小车做匀加速直线运动的加速度的实验中,得到如图3所示的一条纸带,从比较清晰的点开始起,每5个打印点取一个计数点,分别标上0、1、2、3…量得0与1两点间的距离s1=30mm,3与4两点间的距离s4=48mm,打下0与1两点之间时间内小车的平均速度______m/s,则小车的加速度为______m/s2. |
如图,有一半径为R=0.3m的光滑半圆形细管AB,将其固定在竖直墙面并使B端切线水平.一个可视为质点的质量为0.5Kg的小物体m由细管上端沿A点切线方向进入细管,从B点以速度VB=4.0m/s飞出后,恰好能从一倾角为θ=37°的倾斜传送带顶端C无碰撞的滑上传送带.已知传送带长度为L=2.75m(图中只画出了传送带的部分示意图),物体与传送带之间的动摩擦因数为u=0.50,(取sin37°=0.60,cos37°=0.80,g=10m/s2,不计空气阻力,不考虑半圆形管AB的内径). (1)求物体在A点时的速度大小及对轨道的压力大小和方向; (2)若传送带以V1=2.5m/s顺时针匀速转动,求物体从C到底端的过程中,由于摩擦而产生的热量Q. |
如图所示(甲),一辆汽车车厢右端放一质量为m的木箱(可视为质点),汽车车厢底板总长L=9m,汽车车厢底板距离地面的高度H=5m,木箱与汽车车厢底板间的动摩擦因数µ=0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2(计算结果保留三位有效数字).
(1)若汽车从静止开始启动,为了保证启动过程中木箱和汽车车厢底板间不发生相对滑动,求汽车的最大加速度a; (2)若汽车由静止开始以a0=6m/s2的加速度匀加速行驶,求木箱落到地面上时距离车厢左端的水平距离(木箱离开车厢后竖直方向为自由落体); (3)若汽车从静止开始一直以(2)中加速度加速运动,为了防止木箱从车厢左端滑出,在车厢左端处安装一只长度可忽略的轻弹簧(如图乙所示),此时弹簧处于压缩状态并被锁定.每次当木箱滑至左端与弹簧发生碰撞时,弹簧都将自动解锁,并都以碰前瞬间木箱速率(相对于车)的2倍速率(相对于车)将木箱弹出,同时又将弹簧压缩并重新锁定.如此反复,通过多次碰撞最终使木箱静止于车厢内,试求木箱在车厢内滑行的总路程. (已知:当0<A<1,n→+∞时,A+A2+A3+K+An=;) |
如图所示,重100N的物体A以初速度v=10m/s沿倾角为370的斜面向上滑动,斜面对物体A的摩擦力的大小为10N.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.取g=10m/s2,求: (1)物体A受哪几个力的作用? (2)将A所受各力在沿斜面方向和垂直斜面方向进行分解,求各力在这两个方向上分力的合力. (3)A与斜面间的动摩擦因数为多大? (4)物体A从开始运动1s后的速度和位移各多大? |
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