Question

18．某物理興趣小組在一次探究活動中，要探究加速度與合力之間的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，先把長木板固定在水平桌面上，右端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其左端與穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，右端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz．開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤中放入適量砝碼，放手后滑塊開始做勻加速直線運(yùn)動，在紙帶上打出一系列點(diǎn)．

（1）為使托盤與砝碼的重力大小等于滑塊所受合力，實(shí)驗(yàn)之前首先應(yīng)做的是平衡摩擦力．
（2）圖乙是正確操作后，所得出的一條紙帶的一部分．0、1、2、3、4、5、6是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），用刻度尺測量出計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算打計(jì)數(shù)點(diǎn)1時(shí)，滑塊的速度為0.220m/s，滑塊的加速度是0.400m/s²．（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 為使繩子拉力為合力，應(yīng)先平衡摩擦力，繩子拉力近似等于沙和沙桶的重力，應(yīng)滿足沙和沙桶總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，
紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)速度和加速度．

解答 解：（1）根據(jù)牛頓第二定律可知當(dāng)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量時(shí)，繩子拉力才近似等于沙和沙桶的重力，所以沙和沙桶應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，由受力分析可知，為保證細(xì)線拉力為木塊的合外力，首先要做的是平衡摩擦力．
（2）每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打出的點(diǎn)，所以T=0.1s，
則打第1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)滑塊的速度v₁=$\frac{{x}_{02}}{2T}$=$\frac{2.00+2.40}{2×0.1}×1{0}^{-2}$ m/s=0.220 m/s，
根據(jù)△x=aT²，有滑塊的加速度a=$\frac{{x}_{36}-{x}_{03}}{9{T}^{2}}$；
代入數(shù)據(jù)，解得a=$\frac{3.19+3.61+4.01-（2.00+2.40+2.81）}{9×0．{1}^{2}}$×10^-2=0.400m/s²．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）0.220，0.400．

點(diǎn)評 明確實(shí)驗(yàn)原理是解決實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵，本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是兩個(gè)問題，一個(gè)是怎樣才能使滑塊受到的合力是繩子的拉力，再一個(gè)是怎樣才能使繩子拉力近似等于小桶的重力；
對于實(shí)驗(yàn)器材的選取一是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行，二是要進(jìn)行動手實(shí)驗(yàn)，體會每種器材的作用，記住勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²，會用該公式求解加速度，基礎(chǔ)題．