Question

16．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用如圖1所示裝置探究“物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”．

（1）在研究物體加速度與力的關(guān)系時(shí)，保持不變的物理量是A（只需填A(yù)或B）
A．小車質(zhì)量
B．塑料桶和桶中砝碼的質(zhì)量
（2）實(shí)驗(yàn)中，首先要平衡摩擦力，具體做法是B（只需填A(yù)或B）
A．在塑料桶中添加砝碼，使小車帶著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)．
B．取下塑料桶，墊起滑板的一端，使小車帶著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)．
（3）實(shí)驗(yàn)中要使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于（填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”）塑料桶和桶中砝碼的質(zhì)量，才能認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力等于塑料桶和砝碼的重力．
（4）在該實(shí)驗(yàn)中，所用交流電的頻率為50Hz．某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶如圖2所示，從比較清晰的某點(diǎn)起，取五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)明0、1、2、3、4．量得s₁=2.15cm，s₂=2.90cm，s₃=3.70cm，s₄=4.40cm
則打點(diǎn)“3”時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為0.405m/s和用逐差法求得小車的加速度大小為0.751m/s²．（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）
（5）某同學(xué)測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)后，依照數(shù)據(jù)正確畫出a-F圖象如圖3示，（小車質(zhì)量保持不變）圖線不過原點(diǎn)的原因可是未平衡摩擦力或長木板傾角太�。�

Answer 1

分析 （1、2）探究“物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”采用控制變量法，平衡摩擦力時(shí)，不能將塑料桶通過細(xì)線連在小車上．
（3）根據(jù)牛頓第二定律，運(yùn)用整體法和隔離法求出拉力的表達(dá)式，分析細(xì)線對(duì)小車的拉力等于塑料桶和砝碼的重力時(shí)小車質(zhì)量和塑料桶和桶中砝碼的質(zhì)量的關(guān)系．
（4）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出計(jì)數(shù)點(diǎn)3的瞬時(shí)速度，根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出加速度．
（5）根據(jù)F不等于零，加速度a仍然為零，分析圖線不過原點(diǎn)的原因．

解答 解：（1）在研究物體加速度與力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制小車的質(zhì)量不變，故選：A．
（2）平衡摩擦力時(shí)取下塑料桶，墊起滑板的一端，使小車帶著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)，不能將塑料桶通過細(xì)線連在小車上，故選：B．
（3）對(duì)整體分析，整體的加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，隔離對(duì)小車分析，拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于塑料桶和桶中砝碼的質(zhì)量，才能認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力等于塑料桶和砝碼的重力．
（4）計(jì)數(shù)點(diǎn)3的瞬時(shí)速度${v}_{3}=\frac{{s}_{3}+{s}_{4}}{2T}=\frac{（3.70+4.40）×1{0}^{-2}}{0.2}$m/s=0.405m/s，根據(jù)△x=aT²，運(yùn)用逐差法得，a=$\frac{{s}_{3}+{s}_{4}-{s}_{1}-{s}_{2}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（3.70+4.40-2.15-2.90）×1{0}^{-2}}{4×0.01}$=0.751m/s²．
（5）由a-F圖線知，當(dāng)F不等于零時(shí)，a仍然為零，可知未平衡摩擦力或木板傾角太�。�
故答案為：（1）A，（2）B，（3）遠(yuǎn)大于，（4）0.405，0.751，（5）未平衡摩擦力或長木板傾角太小

點(diǎn)評(píng) 解答實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是正確理解實(shí)驗(yàn)原理，加強(qiáng)基本物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，同時(shí)不斷提高應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解答物理問題的能力．