(2014•岳阳模拟)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器与频率为f的交流电源相接.在小车质量M未知的

(2014•岳阳模拟)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器与频率为f的交流电源相接.在小车质量M未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.
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m时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的总质量m0与小车总质量(M+m)应满足的条件是______.
(2)测出图2纸带(部分点迹被墨水掩盖)上三个间距s1、s2和s3.小车运动的加速度可用s1、s2、s3和f表示为a=
(s3f)2(s1f)2
2s2
(s3f)2(s1f)2
2s2

(3)图3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,若牛顿第二定律成立,则小车的质量M为
[b/k]
[b/k]
donkeytlp1979 1年前 已收到1个回答 举报

我是臭猫 春芽

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解题思路:1、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该远小于小车和砝码的总质量.
2、根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度求解.
3、由牛顿第二定律写出[1/ a]与m的表达式,然后结合斜率与截距意义求解即可.

(1)设小车的质量为M,小吊盘和盘中物块的质量为m,设绳子上拉力为F,
以整体为研究对象有mg=(m+M)a
解得a=[mg/M+m]
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=[M/m+M]mg
显然要有F=mg必有m+M=M,故有M>>m,即只有M>>m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力.所以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该远小于小车和砝码的总质量.
(2)打点计时器与频率为f的交流电源相接,所以周期T=[1/f],
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得
间距s1的中间时刻速度v1=
s1
6T=s1f,
间距s3的中间时刻速度v3=
s3
6T=s3f,
根据运动学公式得:
a=


v23−v21
2s2=
(s3f)2−(s1f)2
2s2
(3)设小车质量为M,小车受到外力为F,由牛顿第二定律有F=(m+M)a;
所以,[1/ a]=[m/F]+[M/F]
所以,[1/ a]-m图象的斜率为k=[1/F],故F=[1/k],
纵轴截距为b=[M/F]=kM,
所以小车的质量M=[b/k].
故答案为:(1)小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量.(2)
(s3f)2−(s1f)2
2s2.(3)[b/k]

点评:
本题考点: 验证牛顿第二运动定律.

考点点评: 遇到涉及图象的问题时,要先根据物理规律写出关于纵轴与横轴的函数表达式,再根据斜率和截距的概念求解即可.要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用.

1年前

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