Question

6．如圖1所示為中學(xué)物理常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，某同學(xué)為了運(yùn)用此裝置研究加速度與力的關(guān)系，進(jìn)行了如下的操作：
（1）他在細(xì)繩不掛鉤碼，五個(gè)鉤碼（每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg ）全部放到了小車上，并且將長(zhǎng)木板的右端用木塊墊起，打開(kāi)電源，輕推小車，獲得如圖2的所示紙帶．由圖可知穩(wěn)定后小車在長(zhǎng)木板上做勻速運(yùn)動(dòng)，他這樣做的目的是平衡摩擦力；

（2）接著，他將第一個(gè)鉤碼從小車上取下掛在細(xì)繩的末端，打開(kāi)電源，釋放紙帶，進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)．依次取下2，3，4，5個(gè)鉤碼繼續(xù)掛到第一個(gè)鉤碼下端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到五條紙帶．
①當(dāng)細(xì)繩末端掛有第一個(gè)鉤碼時(shí)，獲得的紙帶如圖3所示，他選取了其中五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行研究（相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)），則AE兩點(diǎn)間距為6.30cm；可求得小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度為0.38 m/s²
②然后，他依次分析其余的四條紙帶，得到的數(shù)據(jù)如下表：（g=9..80m/s²）

細(xì)繩末端所掛鉤碼重力F（N）	0.098	0.196	0.294	0.392	0.490
小車的加速度a（m/s2）		0.78	1.18	1.55	1.96

在圖4中作出a-F圖象，可知小車的質(zhì)量為4.00 kg （不包括鉤碼，保留三位有效數(shù)字）；
③根據(jù)圖4的a-F圖象，他得出結(jié)論：當(dāng)小車和鉤碼（含車上放置和細(xì)繩末端所掛）的總質(zhì)量一定時(shí)，小車的加速度a與細(xì)繩末端所掛鉤碼的重力F成正比．要想達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，除了進(jìn)行上述調(diào)整之外，還必須要滿足的條件是C．
A．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量
B．鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量
C．調(diào)整定滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行
D．長(zhǎng)木板與小車之間的摩擦力很�。�

Answer 1

分析 （1）當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列間隔均勻的點(diǎn)時(shí)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，恰好平衡摩擦力．
（2）①根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大�。�②使用描點(diǎn)法即可做出圖象，根據(jù)圖象的意義即可求出小車的質(zhì)量；
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)分析答題．

解答 解：（1）由圖2可知，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，平衡小車所受的阻力：不掛鉤碼，調(diào)整木板右端的高度，用手輕推小車，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系間距相等的點(diǎn)．所以可知該步驟為平衡摩擦力；
（2）①由圖3可知，A點(diǎn)為6.00cm，E點(diǎn)為12.30cm，所以AE=6.30cm；
由圖3可知，B點(diǎn)為7.00cm，C點(diǎn)為8.35cm，D點(diǎn)為10.15cm
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：△x=at²，
a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$
代入數(shù)據(jù)得：a=38cm/s²=0.38m/s²．
②使用描點(diǎn)法先找出各點(diǎn)，然后連線做出圖象如圖，

根據(jù)圖象的意義可知圖象的斜率是小車質(zhì)量的倒數(shù)，則：
$\frac{1}{m}=\frac{1.96-0}{0.490-0}=\frac{1}{4.00}$
所以m=4.00kg
③根據(jù)圖4的a-F圖象，他得出結(jié)論：當(dāng)小車和鉤碼（含車上放置和細(xì)繩末端所掛）的總質(zhì)量一定時(shí)，小車的加速度a與細(xì)繩末端所掛鉤碼的重力F成正比．要想達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，除了進(jìn)行上述調(diào)整之外，還必須要滿足：
A、B、由于當(dāng)小車和鉤碼（含車上放置和細(xì)繩末端所掛）的總質(zhì)量一定，所以小車的加速度a與細(xì)繩末端所掛鉤碼的重力F始終成正比，不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，也不能鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量．故A錯(cuò)誤，B錯(cuò)誤；
C、調(diào)整定滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行，能使繩子對(duì)小車的拉力繩子沿與軌道平行的方向，能減小實(shí)驗(yàn)的誤差．故C正確；
D、無(wú)論長(zhǎng)木板與小車之間的摩擦力的大小，在開(kāi)始時(shí)已經(jīng)平衡了摩擦力．故D錯(cuò)誤．
故選：C
故答案為：（1）勻速，平衡摩擦力；（2）①6.30，0.38；②如圖，4.00；③C

點(diǎn)評(píng) 在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)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(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力．掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)加速度．