問題詳情:
(1)在用下圖所示的裝置“驗*牛頓第二定律”的實驗中,保持小車質量一定時,驗*小車加速度a與合力F的關係。
①除了電火花計時器、小車、砝碼、砝碼盤、細線、附有定滑輪的長木板、墊木、導線及開關外,在下列器材中必須使用的有__________(選填選項前的字母)。
A.220V、50Hz的交流電源 B.電壓可調的直流電源
C.刻度尺 D.秒錶
E.天平(附砝碼)
②為了使細線對小車的拉力等於小車所受的合外力,以下*作正確的是__________。
A.調整小木板上滑輪的高度使細線與長木板平行
B.在調整長木板的傾斜度平衡摩擦力時,應當將砝碼和砝碼盤通過細線掛在小車上
C.在調整長木板的傾斜度平衡摩擦力時,應當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上
③某同學得到了圖*所示的一條紙帶,由此得到小車加速度的大小a=__________(保留三位有效數字)。
④在本實驗中認為細線的拉力F等於砝碼和砝碼盤的總重力mg,已知三位同學利用實驗數據做出的a-F圖像如圖丁中的1、2、3所示。下列分析正確的是__________(選填選項前的字母)。
A.出現圖線1的原因可能是沒有平衡摩擦力
B.出現圖線2的原因可能是砝碼和砝碼盤的質量不合適
C.出現圖線3的原因可能是在平衡摩擦力的長木板的傾斜度過大
⑤在本實驗中認為細線的拉力F等於砝碼和砝碼盤的總重力mg,由此造成的誤差是__________(選填“系統誤差”或“偶然誤差”)。設拉力的真實值為,小車的質量為M,為了使,應當滿足的條件是__________。
(2)在“探究小車加速度a與其質量m的關係”的實驗中:
①實驗得到如圖*所示的一條紙帶,相鄰兩個計數點的時間間隔為T;B、C兩點的間距和D、E兩點的間距已量出,利用這兩段間距計算小車加速度,表達式為__________。
②某同學根據實驗數據畫出的圖線如圖乙所示,從圖線可得砂和砂桶的總質量為__________kg。(g取)
③另一位同學根據實驗數據畫出的圖象如圖*所示,則造成這一結果的原因是__________。
【回答】
ACEACB系統誤差 沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠
【解析】
(1)根據實驗原理選擇實驗器材,為了使細線對小車的拉力等於小車所受的合外力,需要平衡摩擦力,同時要調整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行,根據逐差法求解加速度,根據牛頓第二定律結合圖象特點分析產生的原因,分別對小車和整體根據牛頓第二定律列式求解即可;
(2)根據牛頓第二定律可知,圖象的斜率等於砂和砂桶的總重力,從上圖中發現直線沒過原點,當繩子上有拉力時小車的加速度還為0,則該同學實驗*作中遺漏了平衡摩擦力這個步驟;
【詳解】
(1)①電火花計時器需要220V、50Hz的交流電源,要用刻度尺測量紙帶上點跡的距離,需要天平測量小車的質量,故需要ACE; ②為了使細線對小車的拉力等於小車所受的合外力,需要平衡摩擦力,平衡摩擦力時應當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上,調整長木板的傾斜度,讓小車拖着紙帶做勻速直線運動,同時要調整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行,故AC正確,B錯誤; ③從第一個點開始,每隔四個點取一個計數點,根據紙帶可知,相鄰計數點之間的距離依次為:
,
,
, 時間間隔為:, 根據作差法得:; ④A、根據圖象1可知,當沒有掛砝碼、砝碼盤時,小車產生了加速度,因此説明平衡摩擦力時木板傾角太大,故A錯誤; B、根據圖象2可知,隨着F的增大,即砝碼和砝碼盤的質量增大,不再滿足砝碼和砝碼盤總質量小於小車的質量,因此曲線上部出現彎曲現象,故B正確; C、根據圖象3可知,當掛上砝碼、砝碼盤時,小車的加速度還是為零,説明沒有平衡摩擦力或平衡的不夠,故C錯誤; ⑤在本實驗中認為細線的拉力F等於砝碼和砝碼盤的總重力mg,由此造成的誤差是系統誤差, 對小車,根據牛頓第二定律得: 對整體,根據牛頓第二定律得: 且,解得:。
(2)①根據逐差法得:,解得:; ②根據牛頓第二定律可知,,則F即為圖象的斜率, 所以砂和砂桶的總重力為:,解得:;
③從上圖中發現直線沒過原點,當繩子上有拉力時小車的加速度還為0,則該同學實驗*作中遺漏了平衡摩擦力這個步驟,所以原因是沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠。
【點睛】
本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數據處理、實驗誤差分析等問題,對於實驗問題一定要明確實驗原理,並且親自動手實驗,熟練應用所學基本規律解決實驗問題,注意平衡摩擦力的細節,理解不過原點的原因。
知識點:牛頓第二定律
題型:實驗,探究題