Question

5．一同學在探究加速度與合外力和質量的關系時，利用了如圖的實驗裝置完成了實驗探究，回答下列問題：

（1）如圖保持長木板水平，下列操作必須的是A
A．通過改變砂桶的質量來改變牽引力
B．本實驗中不必要滿足砂桶的質量遠遠小于小車的質量
C．如果在小車與細繩之間加一拉力傳感器，則仍需測出砂桶的總質量
D．實驗時應先釋放小車再接通電源
（2）為了減小實驗誤差，也可以將長木板的右端適當墊高以平衡摩擦力，則下列敘述正確的是C
A．平衡摩擦力時，取下砂桶和紙帶，改變斜面的傾角使小車在長木板上勻速下滑
B．平衡摩擦力的目的是為了使細繩的拉力與摩擦力相等
C．平衡摩擦力后小車的合外力即為細繩的拉力
D．實際平衡摩擦力時必要將長木板的一端墊高，只要通過砂桶牽引小車勻速運動即可
（3）如果某次操作得到的紙帶如圖，其中0、1、2、3等各點為計數(shù)點，打點計時器的打點周期為T=0.02s，則小車的加速度大小應為2.30m/s²；（結果保留兩位小數(shù)）
（4）該同學（1）和（2）兩個條件下分別探究了加速度與合外力的關系，并將多次操作所得的實驗數(shù)據(jù)描繪在了如圖的坐標系，則圖象A（填“A”或“B”）應為平衡摩擦力后的加速度與合外力的關系圖線，由圖象可得小車的總質量應為0.5kg．

Answer 1

分析 （1）（2）實驗中用砂桶的質量代替小車的合力，故要通過將長木板左端墊高來平衡摩擦力和使小車質量遠大于小盤（包括盤中的砝碼）質量來減小實驗的誤差
（3）根據(jù)△x=aT²求的加速度
（4）平衡摩擦力過大，為施加外力，就具有了加速度，根據(jù)牛頓第二定律求的質量

解答 解：（1）通過改變砂桶中砂子的質量來改變小車的牽引力，A正確；本實驗中應滿足砂桶的重力近似地等于小車的牽引力，因此必須滿足砂桶的質量遠遠小于小車的質量，B錯誤；拉力可以由力的傳感器測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質量，也就不需要使小桶（包括砂）的質量遠小于車的總質量，C錯誤；實驗時應先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定時，在釋放小車，D錯誤；
（2）平衡摩擦力時不應掛鉤碼，但是要掛紙帶，調節(jié)斜面的傾角，給小車一個初速度，使小車做勻速直線運動即可，A、D錯誤；小車所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本質就是使小車的重力沿斜面方向的分力與小車所受的阻力相平衡，使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力，B錯誤C正確；
（3）根據(jù)逐差相等公式$a=\frac{△x}{t^2}=\frac{{{x_2}-{x_1}}}{{{{（5T）}^2}}}=\frac{{（4.70-2.40）×{{10}^{-2}}}}{0.01}=2.30m/{s^2}$
（4）圖線A中，當外力F為零時，加速度不為零，故斜面必然傾斜，且重力沿著斜面的分力大于摩擦力，因此A是在軌道傾斜情況下得到的；當木板水平時，由牛頓第二定律可得F-f=ma，結合圖象B可知當a=0時，F(xiàn)=f=1N，當F=0時，-f=ma=-2m=-1N，解得m=0.5kg．
故答案為：（1）A；（2）C；（3）2.30m/s²；（4）A，0.5

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．
對于課本中基礎力學實驗，要到實驗室進行實際操作，這樣才能明確實驗步驟和具體的操作的含義．