高中 | 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系

探究加速度与物体受力、物体质量的关系

回答下列问题:

图甲、图乙两种打点计时器是物理实验中常用的实验仪器,乙图所示的是                 (选填“电磁打点”或“电火花”)计时器,所接电源电压为                 $\;\rm V$(选填“$220$”或“$8$”)的                 (选填“直流”或“交流”)电源。

[["电火花","$220$","交流"]]

乙图所示的是电火花计时器,所接电源电压为$220\;\rm V$的交流电源。

用图丙所示的装置探究小车加速度与合外力的关系。用打点计时器测量质量相同的小车在合外力不相等时的加速度。

①下列有关本实验的要求和做法,不正确的是                 。(选填序号)

$A$.实验中还需要刻度尺和天平

$B$.测量前,不需要平衡小车与长木板之间的摩擦阻力

$C$.通过调节轨道左端定滑轮的高度,使细线与轨道平行

$D$.应先接通打点计时器,待打点计时器稳定打点后再释放小车

②选出打点计时器打出的清晰纸带并标出$O$$A$$B$$C$$D$五个连续计数点,相邻计数点间还有$4$个点没有画出,已知打点计时器所用电源频率为$50\;\rm Hz$。用刻度尺测量时如图丁所示,计数点$B$对应的刻度读数为$x_{B}=$                 $\;\rm cm$,这次运动过程中小车加速度大小$a=$                 $\;\rm m/s^{2}$(计算结果保留$2$位有效数字)。

③若取小车(及车上的钩码)的质量$M=0.4\;\rm kg$时,改变槽码质量$m$的值,进行多次实验,以下$m$的取值不合适的是                 。(选填序号)

$A$$m=5g$      $B$$m=10g$      $C$$m=20g$      $D$$m=500g$

[["$B$","$4.50$","$0.50$","$D$"]]

$A$.实验中还需要刻度尺用于测量纸带上各点之间的距离和天平用于测量小车的质量,故$A$正确,但不符合题意;

$B$  $C$.测量前,为了使小车所受拉力为小车合力,需要平衡小车与长木板之间的摩擦阻力,且细线需与轨道平行,故$B$错误,符合题意,$C$正确,不符合题意;

$D$.为了获得更多数据,应先接通打点计时器,待打点计时器稳定打点后再释放小车,故$D$正确,不符合题意。

故选:$B$

相邻计数点间还有$4$个点没有画出,已知打点计时器所用电源频率为$50H$,则相邻计数点时间$t=5 \times \dfrac{1}{50}\text{s}=0.1\;\rm \text{s}$,图丁知刻度尺最小分度值为$0.1\;\rm cm$,故读数需估读到百分位,即$x_{B}=4.50\;\rm cm$

逐差法可知加速度大小$a=\dfrac{x_{BD}-x_{OB}}{4t^{2}}=\dfrac{11.0-4.50-4.50}{4 \times {0.1}^{2}} \times 10^{- 2}\;\rm \text{m/s}^{2}=0.50\;\rm \text{m/s}^{2}$

在该实验中,为了使槽码的重力近似等于小车所受的拉力,需要满足$m ≪ M$,因为$M=400g$$500g$不满足$m$$M$的条件。

故选:$D$

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