Question

4．某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計出如下的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．已知小車質(zhì)量M=214.6g．砝碼盤質(zhì)量m₀=7.8g，所用打點(diǎn)計時器交流電頻率f=50Hz．其實(shí)驗(yàn)步驟是：
A．按圖中所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；
B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動；
C．取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；
D．先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車運(yùn)動的加速度a；
E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)B-D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．
（1）按上述方案做實(shí)驗(yàn)，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？否（填“是”或“否”）；
（2）實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖所示，則小車的加速度a=0.88m/s²．

（3）某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，如表：

次數(shù)	1	2	3	4	5
砝碼盤中砝碼的重力F/N	0.10	0.20	0.29	0.39	0.49
小車的加速度a/m•s-2	0.88	1.44	1.84	2.38	2.89

他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a-F圖象（如圖），造成圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條最主要原因是在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力．
從該圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是砝碼盤的重力，其大小是0.08N．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小車做勻速運(yùn)動列出方程，對合外力進(jìn)行分析即可求解；
（2）在勻變速直線運(yùn)動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，根據(jù)作差法求解加速度；
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，通過對小車受力分析即可求解．

解答 解：（1）當(dāng)物體小車勻速下滑時有：mgsinθ=f+（m+m₀）g
當(dāng)取下細(xì)繩和砝碼盤后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為（m+m₀）g，由此可知該實(shí)驗(yàn)中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（2）在勻變速直線運(yùn)動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即△x=aT²，
根據(jù)作差法得：a=$\frac{{x}_{4}+{x}_{3}-{x}_{2}-{x}_{1}}{{4T}^{2}}$=$\frac{0.0864+0.0775-0.0687-0.0600}{0.04}$=0.88m/s²，
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，這說明在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力、砝碼盤的重力，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知該圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是砝碼盤的重力大小，橫坐標(biāo)一格表示0.02N，所以交點(diǎn)的大小為0.08N．
故答案為：（1）否；（2）0.88；（3）在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力；砝碼盤的重力；0.08N．

點(diǎn)評 解答實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是正確理解實(shí)驗(yàn)原理，加強(qiáng)基本物理知識在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，同時不斷提高應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解答物理問題的能力．