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(Ⅰ)(6分)某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了如图所示的实验装置.所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.(弹力始终未超过弹性限度,取g=10m/s2
砝码质量(g) 0 30 60 90 120 150
弹簧总长(cm) 6.00 7.15 8.34 9.48 10.64 11.79
弹力大小(N) 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

①试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线.
②该弹簧的劲度系数k=
25N/m
25N/m

(Ⅱ)(1)现要验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下:一倾角可以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器一个、米尺.请填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响):
①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2,记下所用的时间t.
②用米尺测量A1与A2之间的距离x,则小车的加速度a=
2x
t2
2x
t2

③用米尺测量A1相对于A2的高度h.设小车所受重力为mg,则小车所受合外力F=
mg
h
x
mg
h
x

④改变
斜面倾角(或h的数值)
斜面倾角(或h的数值)
,重复上述测量.
⑤以h为横坐标,1/t2为纵坐标,根据实验数据作图.如能得到一条过原点的直线,则可以验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.
(2)在“验证牛顿运动定律”的实验中,实验装置如图甲所示,有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A图线.试分析:

①A图线不通过坐标原点的原因是
没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

②A图线上部弯曲的原因是
未满足钩码质量远小于小车质量
未满足钩码质量远小于小车质量
分析:(1)由胡克定律:F=kx得:弹力F和形变量x是正比关系,图线应是过原点的直线,作图时不在图线上的点要舍弃,做出的图线的斜率即是劲度系数k.
(2)小车做的是初速度为零的匀加速直线运动,根据运动规律:s=
1
2
at2
可求出加速度a;小车所受的合外力是重力沿斜面的分力,大小为:mgsinθ,θ为斜面的夹角,求出sinθ,即可求出合外力F;用动能定理可解得:h=
2s2
gt2
,所以h与
1
t2
成正比,所以我们需要改变h.
(3)根据牛顿第二定律和图象的特点可分析实验实验误差产生的原因.
解答:(1)解:(1)根据实验数据在坐标纸上描出的点,基本上在同一条直线上.可以判定F和L间是一次函数关系.画一条直线,使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点均匀地分布在直线两侧.

②由k=
△F
△x
可得:k=25N/m.
(2)①小车做的是初速度为零的匀加速直线运动,根据运动规律:x=
1
2
at2
,解得:a=
2x
t2

②小车所受的合外力是重力沿斜面的分力,大小为:mgsinθ,θ为斜面的夹角,sinθ=
对边
斜边
=
h
x
,所以合力为:F=mgsinθ=
mgh
x

③用动能定理可解得:h=
2x2
gt2
,所以h与
1
t2
成正比,所以我们需要改变h,所以需要:改变斜面的倾角或斜面高h
(3)①由图象可知,当小车所受拉力不为零时,加速度仍然没有产生,因此该实验的操作不当为:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
②设小车与砝码的质量为M,小桶与砂子的质量为m,根据牛顿第二定律得:
对m:mg-F=ma
对M:F=Ma
解得:F=
mMg
M+m

当m<<M时,绳子的拉力近似等于砂和砂桶的总重力.当小桶与砂子的质量为m变大后不能满足m<<M的条件,故图象弯曲,故应填:未满足钩码质量远小于小车质量.
故答案为:(1)①见上图;②25N/m
(2)②
2x
t2
;③
mgh
x
;④改变斜面的倾角或斜面高h
(3)①没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够;②未满足钩码质量远小于小车质量.
点评:(1)第一题比较简单考查了胡可定律的应用,做题时需要结合数学知识求解,是一道考查数学与物理结合的好题目.
(2)第二题的关键是找出实验原理,是重力沿斜面的分力做为合外力,最终得到h=
2s2
gt2
,h与
1
t2
成正比,来对实验数据进行分析.
(3)解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项.其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

某同学在做“探究加速度a与力F、质量m的关系”实验时,使用了如图(a)所示的实验装置简图.实验中认为细绳对小车拉力F等于砂和砂桶的总重力,小车运动加速度a可用纸带上打出的点求得.

(1)图(b)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
1.4
1.4
m/s2.(保留两位有效数字)
(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时,保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m的相关数据如下表:
次   数 1 2 3 4 5 6 7
小车加速度a/m?s-2 1.72 1.48 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小车质量m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
质量倒数
1
m
/kg-1
3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60
根据上表数据,为直观反映F不变时a与m的关系,请在图(c)方格坐标纸中选择恰当变量建立坐标系,并作出相应的图线.根据所作出的图线,可以得出的结论是
加速度a跟质量成反比,图a-
1
m
,过原点的一条直线
加速度a跟质量成反比,图a-
1
m
,过原点的一条直线

(3)在“探究加速度a与力F的关系”时,保持小车的质量不变,改变小桶中砂的质量,有的组同学根据实验数据作出了加速度a与力F图线如图(d)所示,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因是
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

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科目:高中物理 来源: 题型:

某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时,得到了如图一条较为理想的纸带,从某点开始,已在纸带上每隔0.1s取好一个计数点,即两计数点之间的时间间隔为0.1s,依打点先后编为A、B、C、D如图所示,测出AB=1.2cm,AC=3.6cm,AD=7.2cm,则打B点时小车的瞬时速度vB=
0.18
0.18
m/s.小车运动的加速度a=
1.2
1.2
m/s2

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科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验请你帮助解决下列问题.
(1)在做用打点计时器测速度的实验中,要用到打点计时器,打点计时器是一种
计时
计时
仪器,在图1所示打点计时器的结构图中,编号②的名称是
线圈
线圈
; 编号④的名称是
永久磁铁
永久磁铁
,编号⑤的名称是
振针
振针
.现在实验室多用电火花计时器,其电源电压是
220
220
V,我国常用的电源频率为50Hz,它每隔
0.02
0.02
s打一个点.
(2)在实验的过程中,有如下基本步骤,它们正确的排列顺序为
ABDCFE
ABDCFE
(只填字母).
A.把打点计时器固定在桌子上          B.安好纸带
C.松开纸带让物体带着纸带运动        D.接通低压交流电源
E.取下纸带                          F.断开开关
(3)该同学得到如图2所示的纸带,并在这条纸带上取好了计数点(每两个计数点间还有4个点未画出).计数点的编号依次为:A、B、C、D、E,各点与A点间的距离如图所示.根据该同学打出的纸带我们可以判断小车与纸带的
(填“左”或“右”)端相连,计算可知D点对应小车的速度是
2.16
2.16
m/s,AE间的平均速度是
2.33
2.33
m/s,小车运动的加速度大小是
4.02
4.02
m/s2.(结果保留3位有效数字)
(4)实验结束后,该同学发现这样计算出的加速度值比真实值偏大,形成误差的原因可能是
C
C

A.实验时电源的电压高于220V
B.实验时打点计时器用的是直流电源
C.实验时打点计时器的工作频率小于50Hz
D.实验时打点计时器的工作电流小于额定电流.

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科目:高中物理 来源: 题型:

(2009?湛江二模)(1)在使用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,已知实验用的重锤质量m=0.02kg,重锤自由下落,在纸带上打下一系列的点,O点为实验中打下的第一点,如图1所示,相邻计数点的时间间隔为0.02s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.则打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=
0.97
0.97
m/s;从打下计数点O到打下计数点B的过程中,重锤的重力势能的减少量△EP=
0.0095
0.0095
J,动能的增加量△Ek=
0.0094
0.0094
J.(答案保留两位有效数字)
(2)某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了图2甲所示的实验装置.他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在下面的表中.(弹簧始终在弹性限度内)
测量次数 1 2 3 4 5 6
弹簧弹力大小F/N 0 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45
弹簧总长 x/cm 6 7.16 8.34 9.48 10.85 11.75
①根据实验数据在图2乙的坐标纸上已描出了前四次测量的弹簧所受弹力大小F跟弹簧
总长x之间的函数关系点,请把第5、6次测量的数据对应的点描出来,并作出F-x图线.
②图线跟x坐标轴交点的物理意义是
弹簧原长
弹簧原长

③该弹簧的劲度系数k=
42N/m
42N/m
.(保留两位有效数字)

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科目:高中物理 来源: 题型:

(1)某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了如图所示的实验装置.所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.(弹力始终未超过弹性限度,取g=10m/s2
①试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出砝码质量M与弹簧总长L之间的函数关系图线.
砝码质量M(g) 0 30 60 90 120 150
弹簧总长X(cm) 6.00 7.15 8.34 9.48 10.64 11.79
②上一问所得图线的物理意义是
 

③该弹簧的劲度k为
 
N/m
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(2)某同学利用一架固定好的自动相机,用同一张底片多次曝光的方法,拍下了一辆小轿车启动后不久做匀加速直线运动的照片.相邻两次曝光的时间间隔为2.0s.已知小轿车的车长为4.5m.他用刻度尺测量照片上的长度关系,结果如图所示.请你估算这辆小轿车的加速度a=
 
m/s2
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