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18 实验：验证牛顿运动定律方法点拨(1)控制变量法(2)图象法1用图1甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”请思考并完成相关内容： 图1(1)实验时，为平衡摩擦力，以下操作正确的是_A连着砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板匀速运动B取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板匀速运动C取下砂桶，适当调整木板右端的高度，直到小车缓慢沿木板做直线运动(2)图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50 Hz，由此可求出小车的加速度a_ m/s2(计算结果保留三位有效数字)(3)一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系，得到如图丙中所示的aF图线则小车运动时受到的摩擦力f_ N，小车质量M_ kg.若该小组正确完成了步骤(1)，得到的aF图线应该是图丙中的_(填“”“”或“”)2某探究性学习小组利用如图2所示装置探究光滑斜面上物体的加速度与物体质量及斜面倾角的关系(1)下列实验方法，可以采用_A等效法 B控制变量法C放大法 D累积法(2)实验中，通过向小车放入钩码来改变小车质量，只要测出小车从长为L的斜面顶端滑至底端的时间t，就可以由公式a_求出加速度图2(3)实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板的倾角，由于没有量角器，因此通过测量出长木板顶端到水平面的高度h，求出倾角的正弦值sin .某同学记录了高度和加速度的对应值，并在坐标纸上建立适当的坐标系后描点作图如图3，请根据他所作的图线求出当地的重力加速度g_ m/s2.图33为了探究加速度与力的关系，某同学设计了如图4所示的实验装置，一端带有定滑轮的长木板水平放置，长木板上安装两个相距为d的光电门；放在长木板上的滑块通过绕过定滑轮的细线与力传感器相连，力传感器下挂一重物拉滑块的细线的拉力大小F等于力传感器的示数让滑块从光电门1处由静止释放，运动一段时间t后，经过光电门2.改变重物质量，重复以上操作，得到下表中的5组数据(取g10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)图4次数a/(ms2)F/N11.00.7622.00.9933.01.2344.01.5055.01.76(1)若测得两光电门之间距离d0.5 m，运动时间t0.5 s，则滑块的加速度a_m/s2.(2)依据表中数据在图5中画出aF图象图5(3)根据图象可得滑块的质量m_kg，滑块和长木板间的动摩擦因数_.4某同学利用“验证牛顿第二定律”的实验器材，测量滑块和长木板之间的动摩擦因数如图6所示，带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上和固定在长木板末端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一砂桶，砂桶距地面足够远调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦图6(1)实验时，一定要进行的操作是_(填选项前的字母)A将长木板右端垫高以平衡摩擦力B使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量C将打点计时器接交流电源D用天平测砂和砂桶的总质量(2)实验时，记录力传感器的示数F,用天平测出滑块质量m,由纸带上的点求出加速度a.根据这些数据,可以得出滑块和长木板间的动摩擦因数的表达式_.(重力加速度为g)5如图7甲所示，一端带有定滑轮的长木板放置在水平桌面上，靠近长木板的左端固定有一光电门，右端放置一带有挡光片的小车，小车和挡光片的总质量为M，细线绕过定滑轮，一端与小车相连，另一端挂有6个钩码，已知每个钩码的质量为m，且M4m.图7(1)用游标卡尺测出小车上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则挡光片宽度d_ cm.(2)实验时为了消除摩擦力的影响，可以把木板右端适当垫高，调节木板的倾斜度，直到使小车在_(填“受”或“不受”)细线的拉力时能沿木板做_直线运动(3)将小车从木板右端由静止释放，小车上的挡光片通过光电门的时间为t1，则小车通过光电门的速度为_(用题给字母表示)(4)开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，由静止释放小车后细线上的拉力为F1，接着每次实验时将1个钩码移放到小车上，当细线挂有3个钩码时细线上的拉力为F2，则F1_2F2(填“大于”“等于”或“小于”)(5)若每次移动钩码后都从同一位置释放小车，设挡光片(宽度为d，且dL)与光电门的距离为L,细线所挂钩码的个数为n，测出每次挡光片通过光电门的时间为t,测出多组数据,并绘出n图象如图8所示,已知图线斜率为k,则当地重力加速度为_(用题给字母表示)图86为测量一铅块的质量，某同学设计了图9a所示的实验将铅块和钩码用跨过定滑轮的细绳连接，在质量为200 g的钩码下端拴上穿过打点计时器的纸带，闭合电源释放铅块，铅块下降,打点计时器在纸带上打下一系列的点.图b为纸带的一部分,其中A、B、C、D为四个连续的点，已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,当地的重力加速度g9.75 m/s2，不计滑轮的质量及摩擦，回答下列问题：(计算结果保留三位有效数字) 图9(1)计时点D对应刻度尺的刻度值为_ cm；(2)铅块的加速度大小为_ m/s2；(3)可求得铅块的质量为_ kg.7某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图10所示已知小车质量M214.6 g，砝码盘质量m08.0 g，打点计时器所使用的交流电频率f50 Hz.其实验步骤是：图10A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；D将小车置于打点计时器旁,先接通电源,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求得小车的加速度a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复BD步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度回答下列问题：(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_(填“是”或“否”)(2)实验中打出的其中一条纸带如图11所示，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2.图11(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表：次数12345砝码盘中砝码的重力F/N0.100.200.290.390.49小车的加速度a/(ms2)0.881.441.842.382.89他根据表中的数据画出aF图象(如图12)造成图线不过坐标原点的最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_.图12答案精析1(1)B(2)1.60(3)0.100.20解析(1)在平衡摩擦力时，应使小车所受重力沿木板斜面方向的分力等于小车所受摩擦力，所以应该取下砂桶，轻推小车后，小车能匀速下滑，B项正确(2)将所得纸带分为等时的两大段，由逐差公式saT2可知，小车的加速度为：a cm/s21.60 m/s2.(3)木板水平时，由牛顿第二定律FfMa得aF，结合图象可知，a0时，fF0.10 N；当F0时，0.50 m/s2，所以M0.20 kg.无论是否平衡摩擦力，aF图线的斜率都等于小车质量的倒数，故正确完成实验步骤(1)所得到的实验图线应过原点且与图线平行，所以应是图线.2(1)B(2)(3)9.6解析(1)要探究光滑斜面上物体的加速度与物体质量及斜面倾角的关系，由于有两个变量，可采用控制变量法，B正确(2)小车在光滑斜面上做初速度为零的匀加速运动，由Lat2可得a.(3)小车在光滑斜面上运动时，其加速度agsin ，asin 图象的斜率表示重力加速度，得g9.6 m/s2.3(1)4.0(2)见解析图(3)0.250.2解析(1)根据运动学公式dat2得，a m/s24.0 m/s2.(2)如图所示(3)根据Fmgma得ag，所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象的斜率等于滑块质量的倒数由图象得加速度a和所受拉力F的关系图象的斜率k4，所以滑块的质量m0.25 kg.由图象得，当F0.5 N时，滑块刚要开始滑动，所以滑块与轨道间的最大静摩擦力等于0.5 N.而最大静摩擦力等于滑动摩擦力，即mg0.5 N，解得0.2.4(1)C(2)解析(1)由于采用了力传感器，可直接读出轻绳的拉力，不需要使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量，也不需要测量砂和砂桶的总质量，选项B、D错误；由于是测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，所以不需要将长木板右端垫高以平衡摩擦力，选项A错误；打点计时器必须接交流电源才能使用，选项C正确(2)由于滑块上有动滑轮，滑块所受拉力为2F.对滑块，由牛顿第二定律，2Fmgma，解得：.5(1)0.520(2)不受匀速(3)(4)小于(5)解析(1)游标卡尺的主尺读数为5 mm，游标尺读数为0.054 mm0.20 mm，则最终读数为5.20 mm0.520 cm.(2)当小车不受细线的拉力时，重力沿木板向下的分力若与摩擦力平衡，小车做匀速直线运动(3)极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小，则小车通过光电门的速度为.(4)当细线挂有6个钩码时，对小车和钩码整体分析，a10.6g，对小车分析，根据牛顿第二定律得F1Ma14m0.6g2.4mg，当细线挂有3个钩码时，对整体分析，a20.3g，对小车分析，根据牛顿第二定律得F27ma22.1mg，可知F12F2.(5)小车通过光电门的速度v，根据v22aL，得2aL，因为a，代入解得n，图线的斜率k，解得g.6(1)7.60(2)5.00(3)0.621解析(1)根据刻度尺读数规则，毫米刻度尺需要估读到0.1 mm，计时点D对应刻度尺的刻度值为7.60 cm.(2)由saT2可得铅块的加速度大小a5.00 m/s2.(3)以铅块和钩码整体为研究对象，由牛顿运动定律得Mgmg(Mm)a，解得铅块的质量M0.621 kg.7(1)否(2)0.88(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码盘质量的因素”就算正确)砝码盘的重力0.08 N解析(1)取下细绳和砝码盘后，小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力，而实验中的研究对象是小车，因此，实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量(2)a102 m/s20.88 m/s2(3)实验中本应有(m0m)gMa，由于实验中未计入砝码盘的质量m0，测得的图象与真实图象相比沿F轴左移m0g，图象将不过原点由图象及上述分析可知，m0g0.08 N.
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