Question

17．用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力的關系．實驗時保持小車（含車中重物）的質量M不變，細線下端懸掛鉤碼的總重力作為小車受到的合力F，用打點計時器測出小車運動的加速度a．
（1）關于實驗操作，下列說法正確的是AD
A．實驗前應調節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行
B．平衡摩擦力時，在細線的下端懸掛鉤碼，使小車在線的拉力作用下能勻速下滑
C．每次改變小車所受的拉力后都要重新平衡摩擦力
D．實驗時應先接通打點計時器電源，后釋放小車

（2）圖乙為實驗中打出紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出連續(xù)的5個計數點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數點之間都有4個點跡未標出，測出各計數點到A點間的距離．已知所用電源的頻率為50Hz，打B點時小車的速度v=0.316m/s，小車的加速度a=0.92m/s²．
（3）改變細線下端鉤碼的個數，得到a-F圖象如圖丙所示，造成圖線上端彎曲的原因可能是隨所掛鉤碼質量m的增大，不能滿足M＞＞m．

Answer 1

分析 （1）實驗要保證拉力等于小車受力的合力，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；
（2）根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出小車運動的加速度的大小，根據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B點時小車的瞬時速度大��；
（3）為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應滿足砝碼和砝碼盤的質量遠小于小車的質量．

解答 解：（1）A、調節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行，否則拉力不會等于合力，故A正確；
B、在調節(jié)模板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，不應懸掛鉤碼，故B錯誤；  
C、由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以無論小車的質量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，改變小車質量即改變拉小車拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C錯誤； 
D、實驗開始時先接通打點計時器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當實驗結束時應先控制木塊停下再停止打點計時器，故D正確；
故選：AD
（2）已知打點計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上相鄰計數點間的時間間隔為 T=5×0.02s=0.10s．
根據△x=aT²可得：x_CE-x_AC=a（2T）²，
小車運動的加速度為a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}=\frac{0.163-0.0632-0.0632}{0.04}$=0.92m/s²
B點對應的速度：v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.0632}{0.2}=0.316m/s$．
（3）隨著力F的增大，即隨所掛鉤碼質量m的增大，不能滿足M＞＞m，因此曲線上部出現彎曲現象．
故答案為：（1）AD；（2）0.316，0.92；（3）隨所掛鉤碼質量m的增大，不能滿足M＞＞m．

點評 該題考查了實驗注意事項、實驗數據處理分析，知道實驗原理及注意事項即可正確解題，探究加速度與力、質量的關系實驗時，要平衡小車受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不夠、或過平衡摩擦力，小車受到的合力不等于鉤碼的重力．