Question

16．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖（a）為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖．（交流電的頻率為50Hz）

（1）該實(shí)驗(yàn)要采用控制變量法法來(lái)進(jìn)行研究；
（2）對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法中正確的是DE
A．砂和桶的總質(zhì)量m要遠(yuǎn)大于小車(chē)的總質(zhì)量M
B．每次改變小車(chē)質(zhì)量后，需要重新平衡摩擦力
C．小車(chē)的加速度可用a=$\frac{mg}{M}$求解
D．實(shí)驗(yàn)中也可不測(cè)加速度的具體數(shù)值，只要測(cè)出不同情況下加速度的比值就行了
E．若要驗(yàn)證“加速度與力的平方成正比”這一猜想，在作圖線(xiàn)時(shí)最好以F²為橫坐標(biāo)
（3）圖（b）為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度大小為3.2m/s²．（保留二位有效數(shù)字）
（4）保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車(chē)質(zhì)量m，分別得到小車(chē)加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的$\frac{1}{m}$，數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8
小車(chē)加速度a/m•s-2	1.90	1.72	1.49	1.25	1.00	0.75	0.50	0.30
小車(chē)質(zhì)量m/kg	0.25	0.29	0.33	0.40	0.50	0.71	1.00	1.67
$\frac{1}{m}$/kg-1	4.00	3.45	3.03	2.50	2.00	1.41	1.00	0.60

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時(shí)a與m的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)趫D（d）方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系，并作出圖線(xiàn)．
（5）保持小車(chē)質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線(xiàn)如圖（c）所示．該圖線(xiàn)不通過(guò)原點(diǎn)，其主要原因是物體受的摩擦力沒(méi)有得到平衡或平衡摩擦力不足．．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與質(zhì)量和力的關(guān)系，需控制變量法，彈簧另外兩個(gè)物理量的關(guān)系．
（2）明確實(shí)驗(yàn)原理，正確對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和了解具體操作的含義；
（3）根據(jù)逐差法△x=aT²可求出物體的加速度，而△x=（x₃+x₄）-（x₁+x₂），T=5T₀=0.1s．
（4）當(dāng)繩子的拉力不為0時(shí)，物體的加速度仍然為0，說(shuō)明物體所受的合外力不是繩子的拉力，故物體受的摩擦力沒(méi)有得到平衡或平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）在探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，由于變量較多，因此采用的是控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（2）A、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知當(dāng)砂和桶的總質(zhì)量m要遠(yuǎn)小于小車(chē)的總質(zhì)量M時(shí)，可將砂和桶的總重力看作小車(chē)的拉力，故A錯(cuò)誤；
B、每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，小車(chē)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B錯(cuò)誤；
C、小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，如果用天平測(cè)出m以及小車(chē)質(zhì)量M，直接用公式$a=\frac{mg}{M}$求出，這是在直接運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的，而我們實(shí)驗(yàn)是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，故C錯(cuò)誤；
D、在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，可以靈活多變，可以通過(guò)測(cè)出不同情況下加速度的比值來(lái)得出結(jié)論，故D正確；
E、若要驗(yàn)證“加速度與力的平方成正比”這一猜想，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，圖線(xiàn)時(shí)若以F²為橫坐標(biāo)，做出的圖象為直線(xiàn)，更直觀，故E正確．
故選：DE．
（3）由于交流電的頻率為50Hz，故打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，所以每?jī)蓚�(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T(mén)=0.1s，利用逐差法△x=aT²可得：
${x}_{3}-{x}_{1}=2{a}_{1}{T}^{2}$，
${x}_{4}-{x}_{2}=2a{T}^{2}$，
a=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}}{2}$，
聯(lián)立①②③帶入數(shù)據(jù)解得：a=3.2m/s²．
該圖線(xiàn)不通過(guò)原點(diǎn)，知當(dāng)繩子的拉力不為0時(shí)，物體的加速度仍然為0，
（4）由圖可知當(dāng)繩子的拉力不為0時(shí)，物體的加速度仍然為0，說(shuō)明物體所受的合外力不是繩子的拉力，故物體受的摩擦力沒(méi)有得到平衡或平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）控制變量法，（2）DE，（3）3.2，物體受的摩擦力沒(méi)有得到平衡或平衡摩擦力不足．（4）如圖所示．（5）物體受的摩擦力沒(méi)有得到平衡或平衡摩擦力不足．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于實(shí)驗(yàn)要熟練實(shí)驗(yàn)基本儀器，明確實(shí)驗(yàn)原理，熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行誤差分析和熟練處理．