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第三章 实验四


1.关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时,加速度与质量成反比”的 实验过程,以下做法中正确的是( )

A.平衡摩擦力时,应将装沙的小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,再接通电源 mg D.可以利用天平测出沙桶和沙质量 m 和小车质量 M,直接用公式 a= M 求出加速度 解析:平衡摩擦力时,使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡, 所以不能将小桶系在小车上,A 错。平衡摩擦力后,小车和板间的动摩擦因数 μ=tanα,与 小车的质量无关,所以改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,B 正确。实验时,应 先接通电源,待打点稳定后,放开小车,C 错误。本实验是探究作用力一定时,加速度与 质量成反比,不能直接用公式 a= 答案:B 2. 如图实-4-9 所示, 在探究牛顿运动定律的演示实验中, 1、 若 2 两个相同的小车所受拉力分别为 F1、F2,车中所放砝码的质量分别 为 m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1、x2,则 在实验误差允许的范围内,有( ) 图实-4-9 mg 求加速度,D 错误。 M

A.当 m1=m2、F1=2F2 时,x1=2x2 B.当 m1=m2、F1=2F2 时,x2=2x1 C.当 m1=2m2、F1=F2 时,x1=2x2 D.当 m1=2m2、F1=F2 时,x2=2x1

1 解析:当 m1=m2、F1=2F2 时,由 F=ma 可知,a1=2a2,再由 x= at2 可得:x1=2x2, 2 1 1 1 故 A 正确,B 错误;当 m1=2m2、F1=F2 时,a1= a2,再由 x= at2 可得:x1= x2,故 C 2 2 2 错误,D 正确。 答案:AD 3.在“验证牛顿运动定律”的实验中,在研究加速度 a 与小车的质量 M 的关系时,由 于没有注意始终满足小车的质量远大于重物的质量(M?m)的条件,结果得到的图像应是图 实-4-10 中的( )

图实-4-10 解析:在本实验中绳中的张力 F= Mmg F mg ,则小车的加速度 a= = ,在探究加速 M M+m M+m

度跟小车质量 M 的关系时,保持 m 不变,若横轴为 1/(M+m),则 a-1/(M+m)图像应是过 mg 原点的直线,当满足 M?m 时,m 可以忽略不计,a≈ M ,a-1/M 图像还可以满足图像是 过原点的直线;当小车的质量较小、不满足 M?m 时,图像便发生向下弯曲。故选 D。 答案:D 4.如图实-4-11 甲所示为“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置。

图实-4-11 (1)在实验过程中,打出了一条纸带如图实-4-11 乙所示,计时器打点的时间间隔为 0.02 s,从比较清晰的点起,每两测量点间还有 4 个点未画出,量出相邻测量点之间的距离 如图实-4-11 乙所示,该小车的加速度大小 a=________ m/s2(结果保留两位有效数字)。 (2)根据实验收集的数据作出的 a-F 图线如图实-4-12 所示。 请写出一条对提高本实验结果准确程度有益的建议________。 解析:(1)由题意得,t=5×0.02 s=0.1 s,根据 Δx=at2 得,a= Δx t2 = ?3.68-3.52?×10 ?0.1?2
-2

m/s2=0.16 m/s2

图实-4-12

(2)由 a-F 图像与横轴有交点,可知在实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 答案:(1)0.16(0.15 也算对) (2)实验前要先充分平衡摩擦力 5.某同学为验证牛顿第二定律中“力与加速度”的关系,采用光电门系统来代替位移 和时间测量工具,实验装置如图实-4-13 所示。光滑导轨水平放置,细线绕过可转动的圆 形光栅连接小车与重物(重物质量远小于小车质量), 挡板可以在小车到达的时候使小车停下 并粘住。光电门在每次有红外线通过光栅时会记下 1 次信号,如图所示,圆形光栅每转过 1 圈将会记下 10 次信号。不计一切摩擦,每次都将小车由静止释放,在小车停止后,记下重 物质量 m、信号次数 n、小车运动时间 t。

图实-4-13 (1)小车经过的位移 s 与光电门记下的信号次数 n 的关系应是________。 A.s∝n C.s∝n2 1 B.s∝ n D.s∝ 1 n2

(2)若实验后得到了下表所示的数据,试分析,运动时间 t3 应约为__________________。 重物质量 m m0 2m0 3m0 信号次数 n 40 60 70 运动时间 t/(s) 2.00 1.73 t3

解析:(1)小车经过的位移大小等于相同时间里圆形光栅转动通过的弧长,设相邻两光 栅间的距离为 L,由关系可得:s=nL,A 正确。 (2)重物质量远小于小车质量, 可近似认为细线拉力 F 等于重物重量, 设小车质量为 M, 1 可得:F=mg,s= at2,F=Ma,s=nL 2 n 联立可得:t2∝ ,由表格数据可得 t3 应约为 1.53 s(或 m 答案:(1)A (2)1.53 s(或 7 s) 3 7 s)。 3

6.为了探究加速度与力的关系,使用如图实-4-14 所示的气垫导轨装置进行实验。 其中 G1、G2 为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑行器通过 G1、G2 光电门时,光 束被遮挡的时间 Δt1、 2 都可以被测量并记录, Δt 滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质 量为 M,挡光片宽度为 D,光电门间距离为 x,牵引砝码的质量为 m。回答下列问题:

图实-4-14 (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情

况下,如何判定调节是否到位? 答:___________________________________________________________________。 (2)若取 M=0.4 kg,改变 m 的值,进行多次实验,以下 m 的取值不合适的一个是 ____________。 A.m1=5 g C.m3=40 g B.m2=15 g D.m4=400 g

(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,求得的加速度的表达式为 ________________________________________________________________________。 (用 Δt1、Δt2、D、s 表示) 解析:(1)如果气垫导轨水平,则不挂砝码时,M 应能在任意位置静止不动,或推动 M 后能使 M 匀速运动。 (2)应满足 M?m,故 m4=400 g 不合适。 D D (3)由 v1= ,v2= ,v22-v12=2ax Δt1 Δt2 D D ? ?2-? ?2 Δt2 Δt1 可得:a= 。 2x 答案:(1)取下牵引砝码,M 放在任意位置都不动;或取下牵引砝码,轻推滑行器 M, 数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间 Δt 都相等 (2)D D D ? ?2-? ?2 Δt2 Δt1 (3)a= 2x


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