Question

2．利用如圖1裝置可以做力學中的許多實驗．

（1）以下說法正確的是C
A．用此裝置做“研究勻變速直線運動”實驗時，必須平衡小車和滑軌間的摩擦力
B．用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實驗時，在每次改變桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量之后，需要重新平衡摩擦力
C．用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實驗時，應使小桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量
（2）本裝置中要用到打點計時器，如圖2所示為實驗室常用的兩種計時器，其中甲裝置用的電源是A．
A．交流220V　　　　　B．直流220V　　　　C．交流4-6V　　　　　D．直流4-6V
（3）利用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實驗（交流電頻率為50Hz）
①某同學按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖3所示，他在紙帶上取A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H等7個計數(shù)點（每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出），將毫米刻度尺放在紙帶上，根據(jù)如圖3可知，打下E點時小車的速度為0.085m/s，小車運動的加速度為0.10m/s²．
②另一同學在該實驗中得到如下一組實驗數(shù)據(jù)（表中F表示細線對小車的拉力，a表示小車的加速度）：

F/N	0.196	0.294	0.392	0.490	0.588
a/m•s-2	0.25	0.58	0.90	1.20	1.53

請在如圖4所示的坐標系中作出a-F圖象．

Answer 1

分析 （1）利用圖示小車紙帶裝置可以完成很多實驗，在研究勻變速直線運動時不需要平衡摩擦力，在探究“小車的加速度a與力F的關(guān)系”時，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度a的表達式，不難得出當鉤碼的質(zhì)量遠遠大于小車的質(zhì)量時，可以用鉤碼的重力代替繩子的拉力；
（2）電火花打點計時器，使用220V交流電源，電磁打點計時器使用4-6V交流電源；
（3）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，可以求出打紙帶上的某點時小車的瞬時速度大小；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)描點法作圖．

解答 解：A、此裝置可以用來研究勻變速直線運動，但不需要平衡摩擦力，故A錯誤；
B、平衡摩擦力的方法是將木板帶打點計時器的一端適當墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面分力補償小車運動中所受阻力的影響，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立與質(zhì)量無關(guān)，故改變質(zhì)量后不需重新進行平衡．故B錯誤；
C、在利用該裝置來“探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時，設(shè)小車的質(zhì)量為M，小桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量為m，設(shè)繩子上拉力為F，
以整體為研究對象有mg=（m+M）a
解得：$\frac{mg}{M+m}$
以M為研究對象有繩子的拉力為：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時才可以認為繩對小車的拉力大小等于小桶和桶內(nèi)砝碼的重力，故C正確．
故選：C
（2）甲是電火花打點計時器，使用220V交流電源，故A正確
故選：A
（3）①每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，則T=0.1s，
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得：
${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.04-0.023}{0.2}=0.085m/s$．
根據(jù)作差法得：a=$\frac{{x}_{DH}-{x}_{AD}}{9{T}^{2}}=\frac{（0.05-0.023）-（0.023-0.05）}{0.09}$=0.10m/s²．
②根據(jù)描點法作出a-F圖象，如圖所示：
故答案為：（1）C；（2）A；（3）①0.085；0.10；②如圖所示．

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，然后熟練應用物理規(guī)律來解決實驗問題，要提高應用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應用．