Question

4．小葉同學利用圖甲裝置來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定性關(guān)系．

（1）他安裝儀器后，準備開始測量實驗數(shù)據(jù)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（沒有平衡摩擦力）②細線沒有與板面平行；小車未靠近打點計時器
（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、s2、s3、s4以及f來表示小車加速度的計算式：a=$\frac{{s}_{3}^{\;}+{s}_{4}^{\;}-{s}_{1}^{\;}-{s}_{2}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$．

根據(jù)紙帶所提供的數(shù)據(jù)，算得小車的加速度a大小為0.60m/s²（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量，根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)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(zhì)量太大            D．所用小車的質(zhì)量太大．

Answer 1

分析 （1）實驗時小車應(yīng)靠近打點計時器，在實驗前應(yīng)平衡小車受到的摩擦力，重物與小車的連線應(yīng)平行于木板，
（2）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(jù)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(jù)圖象得出變量之間的關(guān)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(shù)點之間的時間間隔為：T=$\frac{5}{f}$=0.1s，根據(jù)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=$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得：a=$\frac{（2.41+3.03）-（1.21+1.83）}{100}×1{0}_{\;}^{-2}×5{0}_{\;}^{2}$=0.60m/s²
（4）由實驗原理：mg=Ma
得a=$\frac{mg}{M}$，
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）$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$，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(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎(chǔ)物理知識在實驗中的應(yīng)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．