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(2012?天津)小明要測量一根1m左右、粗細和質地都均勻的細木棒的質量,通過估測發現木棒的質量會超出現有天平的量程.于是,他想用其他方法進行測量.
現有器材:天平、一塊質量適當的金屬塊、一把量程為20cm的刻度尺和幾根足量長的細繩.
只利用現有器材請你幫他設計測量這根細木棒質量的方案,要求:
(1)寫出主要實驗步驟和需測量的物理量;
(2)寫出木棒質量的數學表達式(用測量量表示).
分析:(1)木棒的質量會超出現有天平的量程,不能量程直接測量,可以把木棒當做杠桿,利用杠桿平衡條件求解:
如圖,將金屬塊掛在木棒的一端,用細繩拴在木棒中間某一位置(支點),移動繩的位置,使木棒保持水平平衡,木棒的重力作用在中心上,用刻度尺測量兩邊力臂,用天平測量鐵塊的質量(求出重力),利用杠桿平衡條件求木棒重力;
(2)由于木棒保持水平平衡,求出兩邊力臂,利用杠桿平衡條件求木棒的重力,再用重力公式求木棒的質量.
解答:解:
(1)主要實驗步驟:
①用天平稱出金屬塊的質量m;
②將用細繩系好的金屬塊系在木棒的一端,然后再將另一細繩一端做成繩環套在木棒上,用手提起該繩的另一端,并移動繩環的位置,使木棒保持水平平衡;
③用細繩和刻度尺測量出繩環到系金屬塊那端的木棒長度L.

(2)如圖,以O為支點,
∵杠桿平衡,
∴G×L=G×(
1
2
×1m-L)
即:mg×L=Mg×(
1
2
×1m-L)
解得:木棒的質量:
M=
2L
1m-2L
m.
答:(1)主要實驗步驟和需測量的物理量同上;
(2)木棒質量的數學表達式為M=
2L
1m-2L
m.
點評:本題巧用杠桿平衡條件測量木棒的質量,難點在實驗步驟的設計,想到把木棒當做杠桿去用是本題的突破口.
練習冊系列答案
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方案二:如圖2所示,在車廂前后選取A、B兩處,讓一輛賽車做從A到B的勻速直線運動,利用電子手表的停表功能測出賽車從A到B的運動時間;然后讓該賽車以相等的速度做從B到A的勻速直線運動,測出運動時間.比較兩次時間的長短.改變A、B兩處距離重復上述實驗兩次(在實驗過程中火車一直做勻速直線運動)

(1)針對方案一,同學們經過討論認為不可取,請你說明原因(寫出一條即可)
(2)針對方案二,請你設計出記錄實驗數據的表格.

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