Question

4．如圖甲所示，某同學(xué)將力傳感器固定在木塊上，然后把繩的一端固定在傳感器的掛鉤上，用來測量繩對小車的拉力，探究在木塊及傳感器總質(zhì)量不變時(shí)加速度跟它們所受拉力的關(guān)系．

（1）為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦．李雷同學(xué)平衡摩擦力時(shí)是這樣操作的：將木塊靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，直到木塊由靜止開始沿木板向下滑動為止．請問這位同學(xué)的操作是否正確？如果不正確，應(yīng)當(dāng)如何平衡摩擦力？
（2）如果李雷先如（1）中的操作，然后不斷改變對木塊的拉力F，他得到M（木塊和傳感器總質(zhì)量）保持不變情況下的a-F圖線是圖乙中的C（將選項(xiàng)代號的字母填在橫線上） 

（3）本實(shí)驗(yàn)中需要（填“需要”或“不需要”）細(xì)沙和桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和傳感器的總質(zhì)量．
（4）圖丙給出的是試驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7的計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未標(biāo)出，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖丙所示．根據(jù)圖丙中的數(shù)據(jù)計(jì)算的加速度a=0.496m/s²（保留三位有效數(shù)字）． 
  

Answer 1

分析 （1）物體由靜到動是加速，說明平衡摩擦力過度；
（2）物體由靜到動是加速，故拉力為零時(shí)應(yīng)該有加速度；
（3）細(xì)沙和桶是加速下降，是失重，故要盡量減小加速度來保證拉力約等于其重力；
（4）根據(jù)公式△x=aT²列式求解加速度．

解答 解：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，所以該同學(xué)的操作不正確，正確的操作應(yīng)該為給小車一個(gè)初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑；
（2）如果這位同學(xué)先如（1）中的操作，導(dǎo)致平衡摩擦力過度，因此當(dāng)小車上還沒有掛砂和砂桶時(shí)，小車應(yīng)該就已經(jīng)有加速度了，故圖象ABD錯誤，C正確；
（3）細(xì)沙和桶是加速下降，是失重，故要盡量減小加速度來保證拉力約等于其重力，故需要滿足細(xì)沙和桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊和傳感器的總質(zhì)量；
（4）根據(jù)公式△x=aT²，有：
${x}_{36}-{x}_{03}=a（3T）^{2}$ 
解得：
a=$\frac{{x}_{36}-{x}_{03}}{9{T}^{2}}$=$\frac{（0.0289+0.0339+0.0388）-（0.0140+0.0190+0.0240）}{9×0．{1}^{2}}$=0.496m/s²
故答案為：
（1）該同學(xué)的操作不正確，正確的操作應(yīng)該為給小車一個(gè)初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑；
（2）C；
（3）需要；
（4）0.496m/s²．

點(diǎn)評 在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理知識在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．