Question

15．在《探究加速度與力、質(zhì)量的關系》實驗中．

（1）某組同學用如圖1所示裝置，采用控制變量的方法，來研究小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與小車受到力的關系．下列措施中不需要或不正確的是ABD
A、平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝碼，使小車
在繩的拉力作用下能勻速滑動．
B、每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力
C、實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力
D、實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源
（2）如圖2所示是某一次打點計時器打出的一條記錄小車運動的紙帶．取計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G．紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，用刻度尺測量出各相鄰計數(shù)點間的距離分別為AB=1.50cm，BC=3.88cm，CD=6.26cm，DE=8.67cm，EF=11.08cm，F(xiàn)G=13.49cm，則小車運動的加速度大小a=2.4m/s²，打紙帶上C點時小車的瞬時速度大小v_C=0.51m/s．（結(jié)果保留二位有效數(shù)字）．
（3）某同學測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示：（小車質(zhì)量保持不變）

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/m/s2	0.30	0.40	0.48	0.60	0.72

①請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖3坐標圖上作出a-F圖象
②圖象不過坐標原點的原因可能是平衡摩擦過度或木板一端墊得過高，圖線的斜率的倒數(shù)的物理含義是小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力的關系實驗時，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車．
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大�。�
（3）實驗時應平衡摩擦力，沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，a-F圖象在F軸上有截距；平衡摩擦力過度，在a-F圖象的a軸上有截距．

解答 解：（1）A、實驗時首先要平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法就是，小車與紙帶相連，小車前面不掛小桶，把小車放在斜面上給小車一個初速度，看小車能否做勻速直線運動，故A錯誤；
B、平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力，每次改變拉小車的拉力后都不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤；
C、實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，從而實現(xiàn)改變小車的合力，故C正確；    
D、為了提高紙帶的利用率，在紙帶上盡量多的打點，因此實驗中應先接通電源，后放開小車，故D錯誤；
故選：ABD．
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可得：
設A到B之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，得：
x₄-x₁=3a₁T² 
x₅-x₂=3a₂T² 
x₆-x₃=3a₃T² 
為了更加準確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值，得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{{x}_{DG}-{x}_{AD}}{9{T}^{2}}$=$\frac{（8.67+11.08+13.49）-（6.26+3.88+1.50）}{9×0．{1}^{2}}×1{0}^{-2}$ m/s²=2.4 m/s²
根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大�。�
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{3.88+6.26}{2×0.1}×1{0}^{-2}$ m/s=0.51m/s；
（3）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上運用描點法作出a-F圖象

由圖象可知，a-F圖象在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度或木板一端墊得過高造成的．
根據(jù)牛頓第二定律公式，F(xiàn)=ma，則有，a=$\frac{1}{M}•F$，
那么圖線的斜率的倒數(shù)的物理含義是小車的質(zhì)量；
故答案為：
（1）ABD；
（2）2.4，0.51；
（3）①如上圖所示，②平衡摩擦過度或木板一端墊得過高；小車的質(zhì)量．

點評 對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時要清楚每一項操作存在的理由，比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．
該題考查在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中的注意事項：將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動；同時會求瞬時速度與加速度，學會通過描點作圖象，注意單位的統(tǒng)一與正確的計算．