Question

8．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的裝置

（1）以下實(shí)驗(yàn)操作，正確的是BC
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將砝碼盤用細(xì)線跨過定滑輪系在小車上，讓細(xì)線與長木板平行
B．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶連接在小車上并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
C．每次改變小車質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先釋放小車，再接通電源
（2）某同學(xué)測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表格所示．（小車質(zhì)量保持不變）

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/m．s-2	0.10	0.20	0.28	0.40	0.52

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)在如圖2的坐標(biāo)圖上作出a-F圖象
②圖象不過原點(diǎn)的主要原因可能是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠
（3）如圖3是實(shí)驗(yàn)中得到的一條已打點(diǎn)的紙帶，紙帶上的A、B、C、D、E、F、G均為相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02s，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離已標(biāo)注在圖上，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小a=0.91m/s²，打C點(diǎn)時(shí)的速度大小v_c=0.40m/s（以上結(jié)果都保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）探究加速度與拉力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)，要求小車在無動(dòng)力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．本實(shí)驗(yàn)的變量比較多，有加速度、力、質(zhì)量等，因此為了探究它們之間關(guān)系，采用了控制變量法；操作過程是先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車；
（2）依據(jù)給定的數(shù)據(jù)可以做出圖象；由圖結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理可分析誤差原因．
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤．
B、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶連接在小車上并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．故B正確．
C、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正確
D、實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，所以應(yīng)該先接通電源，再放開小車．故D錯(cuò)誤．
故選：BC．
（2）①如圖：
．
②當(dāng)拉力F等于0.1時(shí)，小車還沒有產(chǎn)生力加速度，故原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠（即木板傾角偏小）．
（3）由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s，
設(shè)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(yùn)動(dòng)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(zhǔn)確的求解加速度，我們對三個(gè)加速度取平均值
得：a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃），
即小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為：
a=$\frac{（{x}_{4}+{x}_{5}+{x}_{6}）-（{x}_{1}+{x}_{2}+{x}_{3}）}{9{T}^{2}}$=$\frac{（0.0537+0.0628+0.0720）-（0.0267+0.0357+0.0446）}{9×（0.1）^{2}}$m/s²=0.91m/s²
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大�。�
v_C=$\frac{{X}_{BD}}{{t}_{BD}}=\frac{0.0357+0.0446}{0.2}$=0.40m/s

故答案為：（1）BC；
（2）①如圖：
②未平衡摩擦力．（平衡摩擦力不夠；木板傾角偏小．）．
（3）0.91（0.88-0.94都正確）；0.40．

點(diǎn)評(píng) 探究加速與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力、應(yīng)根據(jù)紙帶求出小車的加速度，掌握實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是正確解題的關(guān)鍵．對于力學(xué)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一定要到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)親自做一些，才能體會(huì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)器材等基礎(chǔ)知識(shí)，若不做實(shí)驗(yàn)而是通過背實(shí)驗(yàn)的方式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)往往效果不好．