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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如下,仅供参考!
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
为了“探究物体质量一定时加速度与力的关系”,某同学设计了如图所示的实验装置,其中$M$为小车和小车上的滑轮的总质量,$m$为沙和沙桶的总质量,力传感器可测出轻绳的拉力大小。
关于本实验,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$;
需要用天平测出沙和沙桶的总质量
","本实验不需要将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力
","需要调整力传感器和定滑轮的高度,使连接它们的轻绳与长木板平行
","实验中不需要$m$远小于$M$
"]$\rm A$.力传感器可直接测拉力,无需测沙和沙桶质量,$\rm A$错误;
$\rm B$.实验需平衡摩擦力,将长木板右端垫高,使小车重力沿斜面分力平衡摩擦力,$\rm B$错误;
$\rm C$.调整力传感器和定滑轮高度,使轻绳与长木板平行,保证拉力沿运动方向,$\rm C$正确;
$\rm D$.力传感器测拉力,无需满足$m ≪ M$,$\rm D$正确;
故选:$\rm CD$;
该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个计时点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为$50\;\rm Hz$的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为 $\;\rm m/s^{2}$(结果保留两位有效数字);
打点计时器频率$f=50\;\rm Hz$,则周期$T_{0}=\dfrac{1}{f}=0.02\;\rm{s}$
相邻两计数点间还有四个计时点,所以计数点间时间间隔$T=5T_{0}=0.1\;\rm s$
根据逐差法公式$a=\dfrac{(x_{CD}+x_{CE})-(x_{AB}+x_{BC})}{4T^{2}}$
代入数据得$a=0.81\;\rm m/s^{2}$;
该同学根据实验数据作出小车的加速度$a$与力传感器的示数$F$的关系图像,与本实验相符合的是$(\quad\ \ \ \ )$;
实验已平衡摩擦力,且力传感器直接测拉力$F$,小车质量$M$一定。根据牛顿第二定律$a=\dfrac{F_{合}}{M}$
因为$F_{合}=F$,所以$a$与$F$成正比,图像应为过原点的倾斜直线。
$\rm A$.图像是过原点的倾斜直线,符合$a$与$F$成正比关系,$\rm A$正确;
$\rm B$.图像弯曲,说明$a$与$F$不成正比,$\rm B$错误;
$\rm C$.图像不过原点且有纵轴截距,不符合实验,$\rm C$错误;
$\rm D$.图像有横轴截距,说明未平衡摩擦力或平衡不足,$\rm D$错误;
故选:$\rm A$;
若$a-F$图像的斜率为$k$,则$M$为$(\quad\ \ \ \ )$。
$\\dfrac{1}{k}$
","$k$
","$\\dfrac{2}{k}$
","$2k$
"]根据牛顿第二定律,小车受拉力$F$(力传感器示数),加速度$a$,且小车质量为$M$,但注意实验装置中,轻绳拉力通过滑轮作用,小车实际受合外力为$2F$,所以$2F=Ma$
即$a=\dfrac{2F}{M}$
$a − F$图像斜率$k=\dfrac{2}{M}$
即$M=\dfrac{2}{k}$
故选:$\rm C$。
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