某同学在研究性学习中用图示装置来验证牛顿第二定律,轻绳两端系着质量相等的物体A、B,物体B上放一金属片C,铁架台上固定一金属圆环,圆环处在物体B的正下方.系统静止时,金

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

某同学在研究性学习中用图示装置来验证牛顿第二定律,轻绳两端系着质量相等的物体A、B,物体B上放一金属片C,铁架台上固定一金属圆环,圆环处在物体B的正下方.系统静止时,金属片C与圆环间的高度差为h,由静止释放后,系统开始运动.当物体B穿过圆环时,金属片C被搁置在圆环上,两光电门固定在铁架台P1、P2处,通过数字计时器可测出物体B通过P1、P2这段距离的时间.
(1)若测得P1、P2之间的距离为d,物体B通过这段距离的时间为t,则物体B刚穿过圆环后的速度v=______;
(2)若物体A、B的质量均用M表示,金属片C的质量用m表示,该实验中验证下面______(填正确选项的序号)等式成立,即可验证牛顿第二定律;
A.mg=M
v2
2h
B.mg=M
v2
h
C.mg=(2M+m)
v2
2h
D.mg=(M+m)
v2
2h

(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、数字计时器外,还需要______;
(4)若M>m,改变金属片C的质量m,使物体B由同一高度落下穿过圆环,记录各次的金属片C的质量m,以及物体B通过Pl、P2这段距离的时间t,以mg为横轴,以______(填“t2”或“
1
t2
”)为纵轴,通过描点作出的图线是一条过原点的直线.

◎ 答案

(1):B通过圆环后将匀速通过光电门,则B刚穿过圆环后的速度为:v=
d
t

(2):设绳子拉力大小为F,对A由牛顿第二定律得:F-Mg=Ma
对B与C整体下落h的过程,由牛顿第二定律得:(M+m)g-F=(M+m)a
再由运动学公式应有:
v2
=2ah
联立以上各式可得:mg=(2M+m)
v2
2h
,所以C正确;
(3):根据上面的表达式可知需要已知金属片C的质量,所以还需要的器材是天平;
(4):在释放至金属片C被搁置在圆环上过程中,分别对A和B、C由牛顿第二定律可得:
对A有:F-Mg=Ma①
对B和C有:(M+m)g-F=(M+m)a②
再由匀变速直线运动公式应有:
v2
=2ah③
又v=
d
t

联立①②③④各式解得:
1
t2
=
h
2(2M+m
)d2
?mg

所以,以mg为横轴以
1
t2
为纵轴的图线是一条过原点的直线.
故答案为:(1)
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d
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