Question

13．小葉同學利用圖甲裝置來探究加速度與力、質量之間的定性關系．

（1）他安裝儀器后，準備開始測量實驗數據時的狀態(tài)如圖甲所示，從圖片上看，你覺得他在開始正確測量前必須得修正哪幾個方面的問題？（請寫出兩點）
①長木板的右端沒被墊高，說明沒有平衡摩擦力
②細線沒套在定滑輪的輪槽上，以致拉線未能與板面平行
（2）修正后，小葉同學就開始實驗測量，他所接的打點計時器的電源檔位如圖乙所示，則他所選的打點計時器是電磁（填“電火花”或“電磁”）打點計時器．
（3）打點計時器使用的交流電頻率f=50Hz．，圖丙是小葉同學在正確操作下獲得的一條紙帶，其中A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出．寫出用s₁、s₃以及f來表示小車加速度的計算式：a=$\frac{{（s}_{4}+{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{100}$．根據紙帶所提供的數據，算得小車的加速度a大小為0.60m/s²（結果保留兩位有效數字）
（4）改變所掛鉤碼的數量，多次重復測量，根據測得的多組數據可畫出a-F關系圖線（如圖丁所示），此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是C
A．小車與軌道之間存在摩擦      B．導軌保持了水平狀態(tài)
C．所掛鉤碼的總質量太大        D．所用小車的質量太大．

Answer 1

分析 （1、2）實驗時小車應靠近打點計時器，在實驗前應平衡小車受到的摩擦力，重物與小車的連線應平行于木板，知道電磁打點計時器和電火花打點計時器的區(qū)別；
（3）根據勻變速直線運動的特點，利用逐差法可以求出其加速度的大��；
（4）根據圖象得出變量之間的關系，知道鉤碼所受的重力作為小車所受外力的條件．

解答 解：（1）長木板的右端沒被墊高，說明沒有平衡摩擦力；細線沒套在定滑輪的輪槽上，以致拉線未能與板面平行；
（2）電磁打點計時器使用4-6V交流電壓，電火花打點計時器直接接在220V交流電壓上，所以他所選的打點計時器是電磁打點計時器．
（3）由題意可知兩計數點之間的時間間隔為：T=$\frac{5}{f}$=0.1s，根據勻變速直線運動推論有：
${s}_{3}-{s}_{1}=2a{T}^{2}$，
${s}_{4}-{s}_{2}=2a{T}^{2}$，
a=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}}{2}$
即：a=$\frac{{（s}_{4}+{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{100}$
帶入數據解得：a=0.60m/s²
（4）由實驗原理：mg=Ma
得a=$\frac{mg}{M}=\frac{F}{M}$，
而實際上a′=$\frac{mg}{（M+m）}$，可見AB段明顯偏離直線是由于沒有滿足M＞＞m造成的．
故選：C．
故答案為：
（1）長木板的右端沒被墊高，說明沒有平衡摩擦力；細線沒套在定滑輪的輪槽上，以致拉線未能與板面平行；
（2）電磁；（3）$\frac{{（s}_{4}+{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{100}$；0.60；（4）C

點評 在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質量遠大于鉤碼質量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎物理知識在實驗中的應用，加強解決實驗問題的能力，知道兩種打點計時器的區(qū)別與聯(lián)系．