Question

2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中
（1）某同學使用了如圖所示的裝置，計時器打點頻率為50Hz．該同學得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如下圖所示，自A點起，相鄰兩點間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時小車的速度為0.85m/s，小車的加速度為
5.0m/s²．

（2）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，下列做法中正確的是C
A、改變小車的質(zhì)量再次進行實驗時，需要重新平衡摩擦力
B、小車運動的加速度可由牛頓第二定律直接求出
C、實驗時，先接通打點計時器電源，再放開小車
D、平衡摩擦力時，應(yīng)將裝砝碼的砝碼盤用細繩通過定滑輪系在小車上
（3）實驗中，要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持沙桶（含沙）的質(zhì)量不變；若要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量不變．
（4）該同學通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖所示，則

①圖中的直線不過原點的原因是平衡摩擦力過度．
②圖中的力F理論上是指B，而實驗中卻用表示A．（選填字母符號）
A、砂和砂桶的重力      B、繩對小車的拉力
③此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是未滿足砂和砂桶質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 探究加速度與拉力的關(guān)系實驗時，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．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點計時器打出的紙帶求出；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．操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車．該實驗是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運用控制變量法．紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的兩個推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．

解答 解：（1）E點時小車的速度為${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.016+0.018}{0.04}=0.85m/s$，
根據(jù)數(shù)據(jù)可知，相鄰的相等時間內(nèi)的位移之差△x=2mm=2×10^-3m
則加速度a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{2×1{0}^{-3}}{0.0{2}^{2}}=5.0m/{s}^{2}$，
（2）A、由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以無論小車的質(zhì)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(zhì)量時不需要重新平衡摩擦力，故A錯誤；
B、小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點計時器打出的紙帶求出，不能由牛頓第二定律求出，故B錯誤；
C、實驗時應(yīng)先接通電源然后再放開小車，故C正確；
D、在該實驗中，我們認為繩子的拉力就等于小車所受的合外力，故在平衡摩擦力時，細繩的另一端不能懸掛裝砝碼的砝碼盤，故D錯誤；
故選：C．
（3）該同學要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細線對車的拉力F不變即沙桶（含沙）的質(zhì)量不變；若該同學要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變．
（4）①圖中當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0，說明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是平衡摩擦力過度．
②力F理論上指小車受到的合力，而實際實驗操作時用沙和沙桶的重力代替，故選：B、A．
③要使得繩子拉力等于砂和砂桶的重力大小，必有m＜＜M，
而不滿足m＜＜M時，隨m的增大物體的加速度a逐漸減�。�
故圖象彎曲的原因是：未滿足砂和砂桶質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）0.85；5.0；
（2）C；
（3）沙桶（含沙）的質(zhì)量；小車的質(zhì)量；
（4）①平衡摩擦力過度；�、贐；　A；③未滿足砂和砂桶質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量

點評 實驗問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當清楚．數(shù)據(jù)處理時注意單位的換算．