1.某同学采用如图(a)所示的装置验证牛顿第二定律,他将器材安装好,平衡摩擦力后,保持小车(含车上砝码)总质量M不变,通过改变砝码盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力F。
(1)若要完成实验,需要增加的测量工具是______
A.天平和秒表 B.天平和刻度尺
C.秒表和刻度尺 D.刻度尺和圆规
(2)某次实验,打出的纸带如图(b)所示(每相邻计数点间还有4个点没有标出)。已知小车(含车上砝码)总质量M=250 g,打点计时器的频率为50 Hz,则靠近纸带__________(选填“A”或“D”)点的一端与小车连接,该次实验小车受到的合力F=________,砝码盘和盘中砝码的总质量m=________g。(重力加速度g取9.9 m/s2,结果均保留3位有效数字)
【解析】(1)天平测砝码盘和盘中砝码的质量,刻度尺测量纸带上两点间的距离。
(2)纸带上先打出A点,靠近纸带A点的一端与小车连接;根据Δx=aT2可得a=0.9 m/s2,故F=Ma=0.225 N,根据系统牛顿第二定律mg=(M+m)a,解得m=25.0 g
答案:(1)B (2)A 0.225 N 25.0
2.某探究小组的同学用如图所示装置做“探究物体质量一定时,加速度与力的关系”的实验。
(1)下列说法正确的有________。
A.平衡摩擦力时,用细线一端挂空砝码盘,另一端与小车相连,将木板适当倾斜,使小车在木板上近似做匀速直线运动
B.每次改变砝码及砝码盘总质量之后,应重新平衡摩擦力
C.应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码的总质量
D.砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时,可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力
(2)图甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。从比较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两计数点之间都有4个计时点没有标出,用刻度尺分别测量出A点到B、C、D、E的距离如图甲所示,已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,则此次实验中小车运动加速度的测量值a=__________m/s2。(结果保留两位有效数字)
(3)某同学平衡摩擦力后,改变砝码盘中砝码的质量,分别测量出小车的加速度a。以砝码盘及砝码的重力F为横坐标,以小车的加速度a为纵坐标,得到如图乙所示的aF图线,则图线不通过坐标原点的主要原因是_______________________。
【解析】(1)平衡摩擦力时,应将细线从小车上取下,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否做匀速运动,A错误;每次改变砝码及砝码盘总质量之后,不需要重新平衡摩擦力,B错误;应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量,C错误;砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时,可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力,D正确。
(2)a== m/s2≈1.2 m/s2。
(3)当F=0时,a≠0,也就是说当细线上没有拉力时,小车就有加速度,这是平衡摩擦力时木板倾角θ偏大,即平衡摩擦力过度引起的。
答案:(1)D (2)1.2 (3)平衡摩擦力过度