(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是 。
A.與小車(chē)相連的細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板一定要平行
B.為了使小車(chē)受到的合外力等于細(xì)線(xiàn)上的拉力,應(yīng)平衡摩擦力
C.為了使細(xì)線(xiàn)上的拉力近似等于掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總重力,應(yīng)使掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量
D.平衡摩擦力的方法為調(diào)節(jié)掛盤(pán)中砝碼的質(zhì)量,使小車(chē)能勻速滑動(dòng)
(2)按規(guī)范操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出),根據(jù)紙帶可求出打點(diǎn)“3”時(shí),小車(chē)的速度大小為 m/s,求出小車(chē)的加速度大小為 m/s2。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)
(3)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)要求,多次改變掛盤(pán)中砝碼的質(zhì)量,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),記錄每次實(shí)驗(yàn)時(shí)掛盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的小車(chē)的加速度a,作出a-mg圖像,得到的圖像應(yīng)是 。
2.(2024廣東高三聯(lián)考)水平桌面上安裝有如圖甲所示的裝置,可以用來(lái)探究加速度與力的關(guān)系。繞過(guò)動(dòng)滑輪的兩段輕繩均與桌面平行,光電門(mén)固定在豎直支架上。
甲
(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量出遮光條的寬度,如圖乙所示,遮光條的寬度d= cm。
乙
(2)按圖甲組裝好器材后,在盒子內(nèi)放入重物,由靜止釋放物塊,在豎直支架上標(biāo)記釋放時(shí)遮光片的中心位置O,記錄物塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中力傳感器的示數(shù)F以及遮光條通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間t,測(cè)量位置O到光電門(mén)的距離s。
(3)多次改變放入盒子內(nèi)的重物質(zhì)量,調(diào)整物塊位置使遮光條中心與支架上的O點(diǎn)平齊,再次由靜止釋放物塊,記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
(4)以F為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)作出F-圖像,若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間,圖像的斜率為k,圖像在縱軸上的截距為b,則物塊的質(zhì)量m= ,物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ= 。(均用k、b、d、s、g表示)
3.(2024廣東模擬)用如圖甲所示的裝置探究加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系,帶滑輪的長(zhǎng)木板水平放置,彈簧測(cè)力計(jì)固定在墻上,小車(chē)上固定一定滑輪,細(xì)繩通過(guò)滑輪連接彈簧測(cè)力計(jì)和沙桶。
甲
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),下列操作必要且正確的是 。
A.用天平測(cè)出沙和沙桶的質(zhì)量
B.將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高,以平衡摩擦力
C.為了減小誤差,實(shí)驗(yàn)中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量
D.應(yīng)當(dāng)先釋放小車(chē),再接通電源
(2)利用打點(diǎn)頻率為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,得到的一條紙帶如圖乙所示(圖中每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出)。
乙
則在該次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為 m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
(3)某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí),未把長(zhǎng)木板的一側(cè)墊高,就繼續(xù)進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)步驟,該同學(xué)作出的小車(chē)的加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F的圖像如圖丙所示,則實(shí)驗(yàn)中小車(chē)受到的摩擦力大小為 。
丙
4.(2023湖北卷)某同學(xué)利用測(cè)質(zhì)量的小型家用電子秤,設(shè)計(jì)了測(cè)量木塊和木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ的實(shí)驗(yàn)。
如圖甲所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過(guò)跨過(guò)定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個(gè)砝碼(電子秤稱(chēng)得每個(gè)砝碼的質(zhì)量m0為20.0 g),向左拉動(dòng)木板的同時(shí),記錄電子秤的對(duì)應(yīng)示數(shù)m。
(1)實(shí)驗(yàn)中,拉動(dòng)木板時(shí) (選填“必須”或“不必”)保持勻速。
(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿(mǎn)足的關(guān)系式為m= 。
(3)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出m-n圖像,如圖乙所示,可得木塊A和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ= 。(保留2位有效數(shù)字)
5.(2024廣東模擬)某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證小車(chē)加速度與力的關(guān)系。小車(chē)通過(guò)輕繩與鉤碼相連,固定在小車(chē)上的擋光片寬度為d,光電門(mén)固定在軌道上。實(shí)驗(yàn)時(shí),將小車(chē)從某一位置由靜止釋放,通過(guò)光電門(mén)測(cè)出擋光片的擋光時(shí)間Δt,并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F。改變動(dòng)滑輪下懸掛的鉤碼個(gè)數(shù),從同一位置由靜止釋放小車(chē),進(jìn)行多次測(cè)量,測(cè)得多組Δt和F,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)在-F坐標(biāo)系中,得到如圖乙所示的點(diǎn)和一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。
甲
乙
(1)下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是 。
A.實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中需要適度抬高軌道的左端來(lái)平衡摩擦力
B.該實(shí)驗(yàn)中,鉤碼的質(zhì)量需遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量
C.小車(chē)加速時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半
D.在誤差允許的范圍內(nèi),小車(chē)的加速度與懸掛的鉤碼所受重力大小的一半成正比
(2)在實(shí)驗(yàn)操作完全正確的情況下,若小車(chē)的位移為s,小車(chē)的質(zhì)量為m,則關(guān)于F的函數(shù)表達(dá)式為 。
(3)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)圖像在縱軸上有一正截距,原因可能是 。
參考答案
第6講 實(shí)驗(yàn):探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系
1.答案 (1)ABC (2)0.578 0.882 (3)A
解析 (1)為了使小車(chē)受到的合外力等于細(xì)線(xiàn)上的拉力,與小車(chē)相連的細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板一定要平行,且應(yīng)平衡摩擦力,A、B正確;對(duì)小車(chē),由牛頓第二定律有F=m車(chē)a,設(shè)掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量為m',對(duì)掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼有m'g-F'=m'a,又F'=F,解得F=,當(dāng)m'?m車(chē)時(shí),有F≈m'g,因此為了使細(xì)線(xiàn)上的拉力近似等于掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總重力,應(yīng)使掛盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,C正確;平衡摩擦力的方法為不懸掛掛盤(pán),將長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端墊高,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,輕推小車(chē),使小車(chē)能勻速滑動(dòng),使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出均勻的點(diǎn),D錯(cuò)誤。
(2)實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz,且相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出,可知紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)=5×0.02s=0.1s,由中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于平均速度,可得紙帶打點(diǎn)“3”時(shí),小車(chē)的速度大小為v3=×10-2m/s=0.578m/s;由Δs=aT2,可得小車(chē)的加速度大小為a==
×10-2m/s2=0.882m/s2。
(3)由題意可得mg+m0g=m車(chē)a,整理可得a=mg+,可知a與mg是線(xiàn)性關(guān)系,因此a-mg圖像應(yīng)是A。
2.答案(1)0.600 (4)
解析 (1)游標(biāo)卡尺是20分度的,分度值為0.05mm,故遮光條的寬度d=6mm+0×0.05mm=6.00mm=0.600cm。
(4)盒子與重物經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度大小v=,根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有v2=2as,可得a=,則物塊的加速度大小a物=a=,對(duì)物塊,根據(jù)牛頓第二定律有2F-μmg=ma物,整理得F=,故k=,b=,解得m=,μ=。
3.答案(1)B (2)1.19 (3)2F0
解析 (1)為了使細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力等于小車(chē)所受外力的合力,實(shí)驗(yàn)時(shí),需要將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高,以平衡摩擦力,故B正確;彈簧測(cè)力計(jì)能夠直接測(cè)量出細(xì)繩的拉力大小,即可以直接求出小車(chē)所受外力的合力,所以實(shí)驗(yàn)中不需要用天平測(cè)出沙和沙桶的質(zhì)量,也不需要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,故A、C錯(cuò)誤;使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),應(yīng)當(dāng)先接通電源,后釋放紙帶,故D錯(cuò)誤。
(2)根據(jù)逐差法可得小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a=
m/s2=1.19m/s2。
(3)若實(shí)驗(yàn)時(shí)未把木板的一側(cè)墊高,則有2F-f=ma,所以a=F-,結(jié)合圖像,將坐標(biāo)(F0,0)代入函數(shù)式,解得f=2F0。
4.答案 (1)不必
(2)m=mB-μ(mA+nm0)
(3)0.40
解析 (1)木塊與木板間的滑動(dòng)摩擦力與兩者之間的相對(duì)速度無(wú)關(guān),則實(shí)驗(yàn)中,拉動(dòng)木板時(shí)不必保持勻速。
(2)對(duì)木塊、砝碼以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg
解得m=mB-μ(mA+nm0)。
(3)根據(jù)m=mB-μmA-μm0·n
結(jié)合題圖可知μm0=g=8g
則μ=0.40。
5.答案(1)AC (2)F (3)平衡摩擦力過(guò)度
解析 (1)為了使彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)等于小車(chē)所受的合力,實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中需要適度抬高軌道的左端來(lái)平衡摩擦力,選項(xiàng)A正確;該實(shí)驗(yàn)中,有彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小車(chē)所受的拉力,所以不需要鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;小車(chē)加速時(shí),鉤碼失重,則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,選項(xiàng)C正確;由于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,則小車(chē)加速度不與懸掛的鉤碼所受重力大小的一半成正比,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
(2)小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v=,又v2=2as,a=,解得F。
(3)圖線(xiàn)在縱軸上有一段正截距,說(shuō)明沒(méi)有加力F時(shí),小車(chē)已經(jīng)運(yùn)動(dòng),據(jù)此可知木板一端抬得過(guò)高,小車(chē)平衡摩擦力過(guò)度。

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