(Ⅰ)(8分)某物理兴趣小组在一次探究实验活动中,要测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,右端装有定滑轮;木板上有一滑块,其左端与穿过电磁打点计时器的纸带相连,右端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源频率为50 Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速直线运动,在纸带上打出一系列点.
(1)上图给出的是实验中获取纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6是计数点,每相邻两计数点间还有4个点未画出,用刻度尺测量出计数点间的距离如图所示.根据图中数据可以计算出:点“2”的瞬时速度=
加速度
=
(保留三位有效数字).
(2)为了测量滑块与木板之间的动摩擦因数,该小组用天平测出了滑块的质量,托盘和砝码的总质量
。若用托盘和砝码的总重力来代替细绳对滑块的拉力,则滑块与木板间的动摩擦因数
= (用g、a、
、
等字母表示).与真实值相比,测量的动摩擦因数 (填“偏大”或“偏小”).
(Ⅱ).(10分)用伏安法测量一个阻值约为20Ω的未知电阻Rx的阻值.
①在以下备选器材中,电流表应选用_____,电压表应选用______,滑动变阻器应选用_______(填写器材的字母代号);
电源E(电动势3V、内阻可忽略不计)
电流表A1(量程0 ~ 50 mA,内阻约12 Ω)
电流表A2(量程0 ~ 3 A,内阻约0.12 Ω)
电压表V1(量程0 ~ 3V,内阻约3 kΩ)
电压表V2(量程0 ~ 15V,内阻约15 kΩ)
滑动变阻器R1(0 ~ 10 Ω,允许最大电流2.0 A)
滑动变阻器R2(0 ~ 1000 Ω,允许最大电流0.5 A)
定值电阻R(30 Ω,允许最大电流1.0 A),开关、导线若干
② 请在右边的虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图(要求所测量值的变化范围尽可能大一些,所用器材用对应的符号标出).
③ 某次测量中,电压表读数为U时,电流表读数为I,则计算待测电阻阻值的表达式Rx =
图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”。
(1)完成下列实验步骤中的填空:
①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列________的点。
②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码。
③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点迹的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m。
④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③。
⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1,s2,…。求出与不同m相对应的加速度a。
⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上做出
--m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则
与m处应成_________关系(填“线性”或“非线性”)。
(2)完成下列填空:
(ⅰ)本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。
(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=____。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1=____mm,s3=_____mm。由此求得加速度的大小a=____m/s2。
(ⅲ)图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为___________,小车的质量为___________。
在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤.
(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如下表:
弹力F(N) |
0.50 |
1.00 |
1.50 |
2.00 |
2.50 |
3.00 |
3.50 |
伸长量 x(10-2 m) |
0.74 |
1.80 |
2.80 |
3.72 |
4.60 |
5.58 |
6.42 |
根据表中数据在下图中作出F-x图象并求得该弹簧的劲度系数
k=________N/m;(保留两位有效数字)
(2)某次实验中,弹簧秤的指针位置如上图所示,其读数为______N;同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N,请在右图中画出这两个共点力的合力F合;
(3)由图得到F合=________N.(保留两位有效数字)
某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”,他们在实验室组装了如图所示的一套装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、小木块、细沙.当连上纸带,释放沙桶时,滑块处于静止.要完成该实验,你认为:
①还需要的实验器材有 .
②实验时首先要做的步骤是 ,为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的条件是 .
③在上述的基础上,某同学测得滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,测得此时沙和沙桶的总质量m.接通电源,释放沙桶,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2).则对滑块,本实验最终要验证的数学表达式为 (用题中的字母表示).
用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.如图给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离已在图中标出.已知m1=50 g、m2=150 g,则(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字)
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在“研究匀变速直线运动”实验中,某同学用接在50Hz的交流电源上的打点计时器,得到一条纸带如图所示。纸带上每相邻的两计数点间都有四个计时点未画出,按时间顺序,取0、1、2、3、4、5、6六个计数点,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离(单位:cm),分别标注在相应的计数点的下方,则:
(1)在纸带上打下3点时速度v3=_________m/s(结果保留三位有效数字)。
(2)通过数据可得,纸带的加速度a=_________m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。