Question

5．用如圖1所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，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)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力．
（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3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=1.0 m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測(cè)量小車在不同外力作用下的加速度．根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖線，如圖2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．

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．

解答 解：（1）使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受的摩擦阻力平衡，才能認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中小車受的合外力就是鉤碼的拉力，所以這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力．
（2）由△x=aT²和逐差法可知：a=$\frac{{x}_{DE}+{x}_{CD}-{x}_{AB}-{x}_{BC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（21.60-8.79-8.79）×1{0}^{-2}}{4×（0.1）^{2}}$ m/s²=1.0 m/s²
（3）在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩的張力F就是鉤碼的重力mg，實(shí)際上，細(xì)繩張力為：F′=Ma，mg-F′=ma，
即：F′=$\frac{M}{M+m}$•mg
a=$\frac{1}{M+m}$•mg=$\frac{1}{M+m}$F
所以當(dāng)拉力F變大時(shí)，m必定變大，$\frac{1}{M+m}$必定減�。�當(dāng)M?m時(shí)，a-F圖象為直線，當(dāng)不滿足M?m時(shí)，便有a-F圖象的斜率逐漸變小，選項(xiàng)C正確．
故答案為：（1）平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力；（2）1.0；（3）C

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．