Question

9．物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)．實驗裝置如圖1所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點計時器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接．打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz．開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出一系列小點．

（1）如圖2給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖3所示．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=0.497m/s²（保留三位有效數(shù)字）．
（2）回答下列兩個問題：
①為測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還應測量的有CD．（填入所選物理量前的字母）
A．木板的長度l
B．木板的質(zhì)量m₁
C．滑塊的質(zhì)量m₂
D．托盤和砝碼的總質(zhì)量m₃
E．滑塊運動的時間t
②測量①中所選定的物理量時需要的實驗器材是天平．
（3）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$（用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）．與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù)偏大（填“增大”或“偏小”）．寫出支持你的看法的一個論據(jù)：因為紙帶和打點計時器還有摩擦，計算時忽略掉，導致結果偏大．
（4）關于驗證牛頓運動定律的實驗，下列說法中符合實際的是D
A．通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系
B．通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系
C．通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系
D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不改變力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系
（5）在利用打點計時器和小車來做“驗證牛頓運動定律”的實驗時，下列說法中正確的是BCD
A．平衡摩擦力時，應將砝碼及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上
B．連接砝碼盤和小車的細繩應跟長木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動
D．小車釋放前應靠近打點計時器，且應先接通電源再釋放小車．

Answer 1

分析 （1）利用逐差法△x=aT²可以求出物體的加速度大小，根據(jù)勻變速直線運動中某點的瞬時速度等于該過程中的平均速度大小可以求出某點的瞬時速度大�。�
（2）根據(jù)牛頓第二定律有=ma，由此可知需要測量的物理量．
（3）根據(jù)牛頓第二定律的表達式，可以求出摩擦系數(shù)的表達式．
（4）該實驗中變量比較多，因此在進行探究時，采用“控制變量法”即先保持一個變量不變，看另外兩個變量之間的關系．
（5）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚．

解答 解：（1）電源頻率為50Hz，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點，則計數(shù)點間的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速運動的推論△x=aT²可知：
加速度a=$\frac{（{x}_{7}+{x}_{6}+{x}_{5}）-（{x}_{4}+{x}_{3}+{x}_{2}）}{9{T}^{2}}$
=$\frac{（0.0437+0.0388+0.0339）-（0.0288+0.024+0.0189）}{9×0．{1}^{2}}$=0.497m/s²
（2）以系統(tǒng)為研究對象，由牛頓第二定律得：
m₃g-f=（m₂+m₃）a，滑動摩擦力：f=m₂gμ，
解得：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$，要測動摩擦因數(shù)μ，
需要測出：滑塊的質(zhì)量m₂ 與托盤和砝碼的總質(zhì)量m₃，即用天平測量；
故選：CD；
（3）由（2）可知，動摩擦因數(shù)的表達式為：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$；
（4）在“探究加速度與力、質(zhì)量”的實驗操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個變量不變，看另外兩個變量之間的關系，具體操作是：先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者間的關系，故ABC錯誤，D正確．
（5）A、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤；
B、若連接砝碼盤和小車的細繩與長木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車的外力，這樣導致誤差增大，故B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故長木板的位置不能移動，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時要求開始小車要靠近打點計時器，故D正確．
故選BCD．
故答案為：（1）0.497m/s²
（2）CD，天平；
（3）$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$；偏大，因為紙帶和打點計時器還有摩擦，計算時忽略掉，導致結果偏大；
（4）D；
（5）BCD．

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，同時要熟練應用所學基本規(guī)律解決實驗問題．
“控制變量法”是研究復雜問題的一種有效方法，注意在高中物理中的應用．