Question

12．用如圖1所示裝置做“探究物體的加速度跟物體質(zhì)量及所受外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)小車的質(zhì)量為M，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力F，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是平衡小車受到的摩擦阻力．
（2）圖2為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a=1.0m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（3）保持小車質(zhì)量不變，改變所掛鉤碼的質(zhì)量，根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖線，如圖3所示．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是C．（選填下列選項(xiàng)的序號(hào)）

A．小車與平面軌道之間存在摩擦       B．平面軌道傾斜角度過大
C．所掛鉤碼的總質(zhì)量過大             D．所用小車的質(zhì)量過大
（4）保持所掛鉤碼的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出a-$\frac{1}{M}$的關(guān)系圖象，如圖4所示，從圖象中可以看出，所掛鉤碼的重力：F=0.8N．

Answer 1

分析 （1）探究物體加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，要使小車受到的拉力等于鉤碼的重力，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡摩擦力；
（2）根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，由△x=at²可求小車的加速度．
（3）為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應(yīng)滿足砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（4）根據(jù)圖象的性質(zhì)及幾何關(guān)系可求得F大小，即可明確鉤碼的重力．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)繩的下端先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力．
（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔 t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小車的加速度a=$\frac{{x}_{CE}{-x}_{AC}}{{4t}^{2}}=\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）隨著力F的增大，即砝碼和小盤總質(zhì)量的增大，不再滿足砝碼和小盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，故C正確；
（4）由牛頓第二定律可知a=$\frac{F}{m}$；故圖象中的斜率等于力F；則可知F=$\frac{0.32}{0.4}$=0.8N；
故答案為：（1）平衡小車受到的摩擦阻力  （2）1.0  （3）C   （4）0.8

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去理解．對(duì)牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的理由．