Question

16．某實驗小組在“探究加速度與物體的質(zhì)量、受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖1所示．已知小車質(zhì)量M=214.6g，打點計時器所使用的交流電頻率為f=50Hz．其實驗步驟是：
A．按圖所示安裝好實驗裝置；
B．利用墊塊調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車（與紙帶、細(xì)繩和砝碼盤相連）能沿長木板向下做勻速運動；
C．取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；
D．將小車置于打點計時器旁（小車與紙帶相連，但與細(xì)繩和砝碼盤不相連），先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；
E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)A、B、C、D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．

回答下列問題：
（1）按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？否（填“是”或“否”）
（2）實驗中打出的其中一條紙帶如圖2所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=0.88 m/s²；
（3）某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，如表：

次數(shù)	1	2	3	4	5
砝碼盤中砝碼 的重力F/N	0.10	0.20	0.29	0.39	0.49
小車的加速度 a/（m•s-2）	0.88	1.44	1.84	2.38	2.89

他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出了a-F圖象（如圖3）．造成圖線不過坐標(biāo)原點的最主要原因是在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力，其大小為0.08N．（g取10m/s²）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小車做勻速運動列出方程，對合外力進(jìn)行分析即可求解；
（2）在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，根據(jù)作差法求解加速度；
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，通過對小車受力分析即可求解．

解答 解：（1）當(dāng)物體小車勻速下滑時有：mgsinθ=f+（m+m₀）g
當(dāng)取下細(xì)繩和砝碼盤后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為（m+m₀）g，由此可知該實驗中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（2）在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，
即△x=aT²，
則有：a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{0.0864+0.0775-0.0687-0.06}{0.04}$=0.88m/s²．
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，這說明在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力大小，橫坐標(biāo)一格表示0.02N，所以交點的大小為0.08N．
故答案為：（1）否；（2）0.88；（3）在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力；砝碼盤的重力；0.08N．

點評 解答實驗問題的關(guān)鍵是正確理解實驗原理，加強(qiáng)基本物理知識在實驗中的應(yīng)用，同時不斷提高應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解答物理問題的能力．