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    (10分)为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”， 某同学设计了如图所示的实验装置，图中打点计时器的交流电源频率为f＝50Hz。

    ⑴完成下列实验步骤中的填空：

    ①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列            的点；

    ②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码；

    ③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m；

    ④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③；

    ⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量相邻计数点的间距s1，s2，…，求出与不同m相对应的加速度a；

    ⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出-m关系图线。

    ⑵完成下列填空：

    ①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是                                               ；

    ②下图为用米尺测量某一纸带的情况，a可用s1、s3和f表示为a＝         ，由图可读出s1、s2、s3，其中s1＝         cm，代入各数据，便可求得加速度的大小；

    ③下图为所得实验图线的示意图，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为       ，小车的质量为         。

     

     

    【答案】

     ⑴间隔相等；⑵①远小于小车的质量；②，2.42(2.39～2.45cm之间均正确)；③， 。

    【解析】

    试题分析：⑴①平衡摩擦力时，如果小车的重力沿板方向的分力正好等于摩擦力，给小车一个速度，小车将做匀速运动，因此打点计时器打出的点应该是间隔基本相等的；

    ⑵①由于细线不可伸长，因此小吊盘(包括物块)、小车、砝码一起运动的加速度大小相等，设小吊盘(包括物块)的质量为Δm，对小吊盘(包括物块)根据牛顿第二定律有：Δmg－F＝Δma，解得：F＝，化简得：F＝，当Δm(M＋m)时F≈Δmg，即F应与m无关，此时在改变小车中砝码的质量m时，小车所受的拉力近似不变，因此为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是：远小于小车和小车中砝码的质量之和，而砝码的质量m可以任意改变，可取到0，所以应满足的条件是：小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量；

    ②根据匀变速直线运动规律可知，相邻相等时间内的位移之差相等，即：Δs＝aT 2，又由题意可知打点的时间间隔为Δt、每5个间隔标注一个计数点，因此相邻计数点之间的时间间隔为：T＝5Δt，Δt＝有：s3－s1＝2aT 2，解得：a＝，根据题图可读出s1＝36.7mm－12.5mm＝2.42cm(由于刻度尺读数时要有估读位，因此读数在2.39～2.45cm之间均正确)；

    ③设细线对小车的拉力为F，小车的质量为M，砝码随小车一起加速运动的加速度为a，根据牛顿第二定律有：F＝(M＋m)a，解得：＝＋，所以，k＝，b＝，解得：F＝，M＝，即小车受到的拉力为，小车的质量为。

    考点：本题主要考查了验证牛顿第二定律实验和纸带处理问题，属于中档题。

     

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    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：

    （1）若有一个10分度的游标卡尺的测量读数为1.13cm，由此可知此测量仪器游标上的第0、1、2、3、…条刻度线中的第
     
    条刻度线与主尺上表示
     
    mm处的刻度线对齐．
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    （2）在研究匀变速直线运动的实验中，如图所示为某一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s，则打下C点时小车的速度为
     
    m/s，小车运动的加速度a=
     
    m/s2（结果保留两位有效数字）

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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    （1）如图1所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中s1=5.12cm，s2=5.74cm，s3=6.14cm，s4=7.05cm，s5=7.68cm，s6=8.33cm、则打F点时小车的瞬时速度的大小是
    0.80
    0.80
    m/s，加速度大小是
    0.64
    0.64
    m/s2．（计算结果保留两位有效数字）

    （2）有人说矿区的重力加速度偏大，某同学“用单摆测定重力加速度”的实验探究该问题．他用最小分度为毫米的米尺测得摆线的长度为800.0mm，用游标为10分度的卡尺测得摆球的直径如图2所示，摆球的直径为
    20.2
    20.2
    mm．他把摆球从平衡位置拉开一个小角度由静止释放，使单摆在竖直平面内摆动，当摆动稳定后，在摆球通过平衡位置时启动秒表，并数下“0”，直到摆球第30次同向通过平衡位置时按停秒表，秒表读数如图3所示，读出所经历的时间t，则单摆的周期为
    1.80
    1.80
    s，该实验测得当地的重力加速度为
    9.86
    9.86
    m/s2．（保留3位有效数字）

    （3）在测定金属电阻率的实验中，用伏安法测量一个约100Ω电阻丝，可用的仪器：电流表（量程0～30mA，内阻50Ω）、电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）、滑动变阻器（最大阻值20Ω）、电源（电动势4V，内阻忽略不计）、开关和导线若干．
    ①请将你设计的实验电路图画在方框中．
    ②根据设计的电路图，将下图中的实物连接成实验用的电路．
    ③为了完成整个实验，除你在电路中已画出的器材外，还需要测量接入电路中的电阻丝长度l的仪器是
    毫米刻度尺
    毫米刻度尺
    ，测量电阻丝直径d的仪器是
    螺旋测微器
    螺旋测微器
    ．
    ④计算电阻率的公式是ρ=
    πUd2
    4IL
    πUd2
    4IL
    ．（用直接测量出的物理量表示）

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图7甲所示，a、b分 别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物 体的挡光时间．现利用图8乙所示的装置来测量滑块与木板间的动摩擦因数，图中木板固 定在水平面上，木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧，弹簧右端与滑块接触，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，现使弹簧解除锁定，滑块获得一定的初速度后水平向右运动，光电门1、2各自连接的计时器 显示的挡光时间分别为t1=2.0×10-2s和t2=5.0×10-2s宽度为d=5.50cm，当地的重力加速度为g=9.8m/s2．
    滑块通过光电门1的速度V1=
    2.75
    2.75
    m/s，通过光电门2的速度V2=
    1.10
    1.10
    m/s．（精确到0.01m/S）（2分）
    （1）若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L=1.20m，则可求滑块与木板间的动摩擦因数 μ=
    0.27
    0.27
     （精确到0.01）

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网美国东部时间2007年9月27日早7时20分，美国航空航天局（NASA）的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空，计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站．“黎明”号探测器使用离子发动机，与传统的航天器化学燃料发动机不同，新型发动机将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体氙气的原子，产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力，“黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板，双翼间距近20米，足以为它提供穿越太空的能量，燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍． 离子推进器是新一代航天动力装置，可用于卫星姿态控制和轨道修正．推进剂从图中P处注入，在A处电离出正离子，BC之间加有恒定电压，正离子进入B时的速度忽略不计，经加速后形成电流为I的离子束后喷出．已知推进器获得的推力为F，单位时间内喷出的离子质量为J，为研究问题方便，假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力，忽略推进器运动速度．
    （1）求加在BC间的电压U；
    （2）为使离子推进器正常运行，必须在出口D处向正离子束注入电子，试解释其原因．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图1所示是某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．

    （1）若用10分度的游标卡尺测出遮光条的左右方向的宽度d，如图2所示，则宽度为
    4.6
    4.6
    mm，实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t，则小车经过光电门时的速度为v=
    d
    △t
    d
    △t
    （用字母表示）．
    （2）测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间△t，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系．处理数据时应作出
    D
    D
    图象．
    A．△t-m    B．△t2-m    C．
    1
    △t
    -m    D．
    1
    △t2
    -m
    （3）有一位同学通过实验测量作出的图线如图3所示，试分析①线不通过坐标原点的原因是
    没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足
    没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足
    ；②图线上部弯曲的原因是
    不满足小车的质量远远大于重物的质量
    不满足小车的质量远远大于重物的质量
    ．

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