问题 填空题

在“验证牛顿运动定律”的实验中,采用如图1所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.

(1)当M与m的大小关系满足______时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.

(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的加速度,采用图象法处理数据.为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系,应该做a与______的图象.

(3)如图(a),甲同学根据测量数据做出的a-F图线,说明实验存在的问题是______.

(4)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的a-F图线,如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同?______.

(5)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,每相邻两个计数点间还有4个点未画出,利用图2给出的数据可求出小车下滑的加速度a=______.(结果保留三位有效数字)

答案

(1)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盘和盘中砝码的重力.

(2)根据牛顿第二定律F=Ma,a与M成反比,而反比例函数图象是曲线,而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系,故不能作a-M图象;但a=

F
M

故a与

1
M
成正比,而正比例函数图象是过坐标原点的一条直线,就比较容易判定自变量和因变量之间的关系,故应作a-
1
M
图象;

(3)图中没有拉力时就产生了加速度,说明平衡摩擦力时木板倾角过大.

(4)由图可知在拉力相同的情况下a>a

根据F=ma可得m=

F
a
,即a-F图象的斜率等于物体的质量,且m<m.故两人的实验中小车及车中砝码的总质量不同.

(5)每两点之间还有4个点没有标出,所以相邻计数点间的时间间隔T=0.1s

根据作差法得:a=

s6+s5+s4-s3-s2-s1
9T2
=
0.1071+0.0910+0.0757-0.0595-0.0440-0.0280
9×0.01
=1.58m/s2

故答案为:(1)M≫m;(2)

1
M
;(3)平衡摩擦力时木板倾角过大; (4)两小车及车上砝码的总质量不同或M;(5)a=1.58m/s2

单项选择题
判断题