Question

9．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)使用了如圖1所示的裝置，計時器打點頻率為50Hz．

（1）該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖2所示，自A點起，相鄰兩點間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時小車的速度為0.85m/s，打A、F兩點的過程中小車的平均速度為0.7m/s，小車的加速度為5m/s²．
（2）該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細(xì)線對車的拉力F 不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變．
（3）該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖3所示，則
①圖中的直線不過原點的原因是平衡摩擦力時木板的右端墊得過高．
②圖中的力F理論上指B，而實驗中卻用A表示．（選填字母符號）
A．砂和砂桶的重力      B．繩對小車的拉力
③此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 該實驗是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運用控制變量法．
紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的兩個推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．
清楚實驗中物理量的測量和替代條件．

解答 解：（1）利用勻變速直線運動的推論得出：
v_E=$\frac{{x}_{DF}}{{t}_{DF}}$=$\frac{0.016+0.018}{2×0.02}$=0.85m/s
E點時小車的速度為A、F兩點的過程中小車的平均速度為：
v_AF=$\frac{{x}_{AF}}{{t}_{AF}}$=$\frac{0.01+0.012+0.014+0.016+0.018}{5×0.02}$=0.7m/s
小車的加速度為a=$\frac{△x}{{t}^{2}}$=$\frac{0.012-0.01}{0.0{2}^{2}}$m/s²=5m/s²
（2）該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細(xì)線對車的拉力F不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變．
（3）①圖中當(dāng)F=0時，a≠0．也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0，說明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實驗前木板右端墊得過高．
②圖中的力F理論上指繩對小車的拉力，故選B．
而實驗中卻用砂和砂桶的重力表示，故選A．
③從圖象上可以看出：F從0開始增加，砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，慢慢的砂和砂桶的重力在增加，那么在后面
砂和砂桶的質(zhì)量就沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量呢，那么繩子的拉力與砂和砂桶的總重力就相差大呢．
所以原因是砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量．
故答案為：（1）0.85，0.7，5；
（2）細(xì)線對車的拉力F，小車的質(zhì)量M；
（3）①平衡摩擦力時木板的右端墊得過高；
②B，A；
③砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量．

點評 實驗問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．
對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當(dāng)清楚．
數(shù)據(jù)處理時注意單位的換算．