Question

13．某同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律．

（1）該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備了圖1中所示的實(shí)驗(yàn)裝置及下列輔助器材：
A．交流電源、導(dǎo)線 　　B．天平（含配套砝碼）   C．秒表　 D．刻度尺
其中不必要的器材是C（填代號）．
（2）設(shè)盤和重物的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M．實(shí)驗(yàn)中用盤和重物總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)�力的大�。?br />實(shí)驗(yàn)中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端定滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是B（填寫所選選項(xiàng)的序號）．
A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在盤和重物的牽引下運(yùn)動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動．
B．將長木板的右端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去盤和重物，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動．
C．將長木板的右端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，撤去紙帶以及盤和重物，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動．
（3）實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是C．
A．M=20g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（4）圖2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆．已知相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T，關(guān)于小車的加速度a的計(jì)算方法，產(chǎn)生誤差較小的算法是D．
A．$\frac{{{x_2}-{x_1}}}{T^2}$B．$\frac{{（{{x_2}-{x_1}}）+（{{x_3}-{x_2}}）+（{{x_4}-{x_3}}）+（{{x_5}-{x_4}}）+（{{x_6}-{x_5}}）}}{{5{T^2}}}$
C．$\frac{{{x_6}-{x_1}}}{{5{T^2}}}$D．$\frac{{（{{x_6}-{x_3}}）+（{{x_5}-{x_2}}）+（{{x_4}-{x_1}}）}}{{9{T^2}}}$
（5）用圖2所表示的數(shù)據(jù)，表示打下D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，表示錯(cuò)誤的是A．
A．$\frac{{{x_4}-{x_3}}}{2T}$B． $\frac{{{x_4}+{x_3}}}{2T}$
C．$\frac{{（{x_2}+{x_3}）+（{x_4}+{x_5}）}}{4T}$D．$\frac{{（{x_1}+{x_2}+{x_3}）+（{x_4}+{x_5}+{x_6}）}}{6T}$
（6）在驗(yàn)證“質(zhì)量一定，加速度a與合外力F的關(guān)系”時(shí)，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖3所示的a-F圖象，其中圖線不過原點(diǎn)并在末端發(fā)生了彎曲，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能有BD．
A．木板右端墊起的高度過小（即平衡摩擦力不足）
B．木板右端墊起的高度過大（即平衡摩擦力過度）
C．盤和重物的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于車和砝碼的總質(zhì)量M（即m＜M）
D．盤和重物的總質(zhì)量m不遠(yuǎn)小于車和砝碼的總質(zhì)量M．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定測量的物理量，從而確定所需的器材．
（2）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)平衡摩擦力；
（3）當(dāng)沙和沙桶總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量，即m＜＜M時(shí)才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（4）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
（5）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大�。�
（6）實(shí)驗(yàn)問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．對于實(shí)驗(yàn)我們要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以測量時(shí)間，所以不需要秒表．上述器材中不必要的為C，
故選：C．
（2）要使小車受到的合力等于細(xì)線的拉力，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡摩擦力，具體做法是：將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動，
故選：B．
（3）當(dāng)m＜＜M時(shí)，即當(dāng)盤和重物的總質(zhì)量m遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M時(shí)，繩子的拉力近似等于盤和重物的總重力，由題意可知，最合理的一組m與M值是C．
故選：C
（4）應(yīng)用△x=aT²求加速度時(shí)，為減小測量誤差，△x常采用不相鄰點(diǎn)間的位移差，并且采用逐差法，由各選項(xiàng)可知，誤差最小的算法是D．
故選：C．
（5）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小，所以A錯(cuò)誤，BCD正確．
（6）從圖3中發(fā)現(xiàn)直線沒過原點(diǎn)，當(dāng)F=0時(shí)，a＞0．也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)小車還有加速度，說明小車的摩擦力小于重力沿斜面向下的分力．該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過大，從圖象上還可以看出：F從0開始增加，砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，慢慢的砂和砂桶的重力在增加，那么在后面
砂和砂桶的質(zhì)量就沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量呢，那么繩子的拉力與砂和砂桶的總重力就相大呢．所以原因是砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量，故BD正確，AC錯(cuò)誤．
故選：BD
故答案為：（1）C　 （2）B　　（3）C�。�4）D　　（5）A　�。�6）BD

點(diǎn)評 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，然后結(jié)合物理規(guī)律去解決實(shí)驗(yàn)問題，會通過紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度．