Question

7．在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，某同學使用了如圖所示的裝置，打點計時器頻率為50Hz．

（1）該同學得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖所示，自A點起，相鄰兩點間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點時小車的速度為0.85m/s，打A、F兩點的過程中小車的平均速度為0.70m/s，小車的加速度為5m/s²．
（2）該同學要探究小車的加速度a和質量M的關系，應該保持細線對車的拉力F不變；若該同學要探究加速度a和拉力F的關系，應保持小車的質量M不變．
（3）該同學通過數據的處理作出了a-F圖象，如圖所示，則
①圖中的直線不過原點的原因是實驗前木板右端墊得過高．
②圖中的力F理論上指B，而實驗中卻用A表示，（選填字母）
A、砂和砂桶的重力   B、繩對小車的拉力
③此圖中至縣發(fā)生彎曲的原因是砂和砂桶的質量沒有遠小于車的質量．．

Answer 1

分析 該實驗是探究加速度與力、質量的三者關系，研究三者關系必須運用控制變量法．
紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的兩個推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．
清楚實驗中物理量的測量和替代條件．

解答 解：（1）利用勻變速直線運動的推論得出：E點時小車的速度為D、F兩點的過程中小車的平均速度：${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{{t}_{DF}}=\frac{0.016+0.018}{2×0.02}=0.85m/s$
A、F兩點的過程中小車的平均速度為：$\overline{{v}_{AF}}=\frac{{x}_{AF}}{{t}_{AF}}=\frac{0.01+0.012+0.014+0.016+0.018}{5×0.02}$=0.7m/s
小車的加速度為a=$\frac{△x}{△t}=\frac{0.012-0.01}{0.0{2}^{2}}$=5m/s²
（2）該同學要探究小車的加速度a和質量M的關系，應該保持細線對車的拉力F不變；若該同學要探究加速度a和拉力F的關系，應該保持小車的質量M不變．
（3）①圖中當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0，說明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實驗前木板右端墊得過高．
②圖中的力F理論上指繩對小車的拉力，故選B．
而實驗中卻用砂和砂桶的重力表示，故選A．
③從圖象上可以看出：F從0開始增加，砂和砂桶的質量遠小于車的質量，慢慢的砂和砂桶的重力在增加，那么在后面
砂和砂桶的質量就沒有遠小于車的質量呢，那么繩子的拉力與砂和砂桶的總重力就相差大呢．
所以原因是砂和砂桶的質量沒有遠小于車的質量．
故答案為：（1）0.85，0.70，5
（2）細線對車的拉力F，小車的質量M
（3）①實驗前木板右端墊得過高
②B，A
③砂和砂桶的質量沒有遠小于車的質量．

點評 實驗問題需要結合物理規(guī)律去解決．
對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚．
數據處理時注意單位的換算．