Question

7．探究小車加速度與合力、質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示：

①若要探究小車的加速度與合力的關(guān)系，應(yīng)保持小車質(zhì)量不變，分別改變施加在小車上的拉力F，測出相對應(yīng)的加速度a．
②把帶有滑輪的長木板右端墊高，在沒有牽引的情況下讓小車拖著紙帶以一定的初速度沿木板運動，打點計時器在紙帶上打出一系列計時點，如果計時點間距相等，就說明摩擦力和小車重力沿木板向下的分力平衡．
③實驗中使用50Hz交變電流作電源，在打出的紙帶上選擇5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，測量了C點到A點、E點到C點的距離如圖乙所示．則C點的速度v_C=1.07m/s，紙帶的加速度a=3.10m/s²．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
④在驗證牛頓第二定律的實驗中，用改變砂的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)．然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的a-F圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，又不是直線，原因是C
A．沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大
B．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且砂和小桶的質(zhì)量較大
C．平衡摩擦力時，所墊木板太低，且砂和小桶的質(zhì)量較大
D．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)量較大．

Answer 1

分析 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)用控制變量法，根據(jù)實驗?zāi)康拇_定需要控制的變量；當(dāng)小車做勻速直線運動，紙帶上的點間隔相等時，恰好平衡摩擦力；放開小車前，小車要靠近打點計時器，要先接通電源，然后再放開小車；根據(jù)勻變速運動的推論求出小車的瞬時速度與加速度；
探究加速度與力的關(guān)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．當(dāng)小盤與砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時，可以認(rèn)為小車受到的拉力等于小盤與砝碼的重力．

解答 解：①若要探究小車的加速度與合力的關(guān)系，應(yīng)保持小車質(zhì)量不變，分別改變施加在小車上的拉力F，測出相對應(yīng)的加速度a．
②把帶有滑輪的長木板右端墊高，在沒有牽引的情況下讓小車拖著紙帶以一定的初速度沿木板運動，打點計時器在紙帶上打出一系列計時點，如果計時點間距相等，就說明摩擦力和小車重力沿木板向下的分力平衡．
③計數(shù)點間的時間間隔t=0.02s×5=0.1s，C點的速度v_C=$\frac{{x}_{AE}}{4t}$=$\frac{0.1520+0.2760}{4×0.1}$=1.07m/s，
紙帶的加速度a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{（2t）^{2}}$=$\frac{0.2760-0.1520}{4×0．{1}^{2}}$=3.10m/s²．
④圖線不過原點，F(xiàn)不等于零，a仍然為零，知平衡摩擦力不足，即平衡摩擦力時，所墊木板太低．
從圖象上可以看出：F從0開始增加，砂和小桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，慢慢的砂的質(zhì)量在增加，那么在后面砂和小桶的質(zhì)量就沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，那么繩子的拉力與砂和小桶的總重力就相差較大．圖線不是直線的原因是砂和小桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，即砂和小桶的質(zhì)量較大．故C正確，A、B、D錯誤．
故答案為：（1）小車質(zhì)量；（2）相等；（3）1.07，3.10；（4）C．

點評 本題考查了實驗注意事項、求瞬時速度與加速度問題，掌握基礎(chǔ)知識、應(yīng)用勻變速運動的推論即可正確解題；
在探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗中，知道兩個認(rèn)為：1、認(rèn)為細(xì)繩的拉力等于小車的合力，（前提要平衡摩擦力），2、認(rèn)為砂和小桶的總重力等于繩子的拉力，（前提是砂和小桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量）．