Question

【題目】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。

（1）下下面列出了一些實(shí)驗(yàn)器材：

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、帶滑輪的長木板、墊塊、

小車和砝碼、砂和砂桶。除以上器材外，還需要的兩種實(shí)驗(yàn)器材是________。

A．秒表 B．天平（附砝碼） C．直流電源 D．交流電源

（2）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡小車和紙帶運(yùn)動(dòng)過程中所受的阻力，正確的做法是________。

A．小車放在木板上，把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時(shí)沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

B．小車放在木板上，掛上砂桶，把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在砂桶的作用下沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

C．小車放在木板上，小車后面拴一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（3）實(shí)驗(yàn)中，為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力，砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車和車上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是________。

（4）實(shí)驗(yàn)中需要計(jì)算小車的加速度。如圖所示， A、B、C為三個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，若相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T，A、B間的距離為x1，B、C間的距離為x2，則小車的加速度a=________。已知T=0.10s，x1=5.90cm，x2=6.46cm，則a=________m/s2（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

（5）某小組在探究“外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量M的數(shù)據(jù)。在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)，該組同學(xué)產(chǎn)生分歧：甲同學(xué)認(rèn)為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作出小車加速度a與其質(zhì)量M的圖像，如圖13（甲），然后由圖像直接得出a與M成反比。乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該繼續(xù)驗(yàn)證a與其質(zhì)量倒數(shù)是否成正比，并作出小車加速度a與其質(zhì)量倒數(shù)的圖像，如圖（乙）所示。你認(rèn)為____同學(xué)（選填“甲”或“乙”）的方案更合理。

（6）另一小組在研究“質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力的關(guān)系”時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，通過改變砂的質(zhì)量來改變小車受到的拉力F，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a－F圖像，如圖所示。發(fā)現(xiàn)圖像不過原點(diǎn)，末端發(fā)生了彎曲，出現(xiàn)這種情況可能的原因是_______。

A．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過大，且小車質(zhì)量較大

B．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過大，且砂和砂桶的質(zhì)量較大

C．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過小，且砂和砂桶的質(zhì)量較大

D．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過小，且小車質(zhì)量較大

Answer 1

【答案】BD C m<<M 0.56 乙 B

【解析】

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材分析答題；

（2）實(shí)驗(yàn)前要把木板的一端墊高以平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力；

（3）當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力；

（4）應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at2可以求出加速度；

（5）為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，作出的圖象應(yīng)為直線，根據(jù)題意應(yīng)用牛頓第二定律分析答題；

（6）實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，砂與砂桶的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，根據(jù)圖示圖象分析答題。

（1）本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄考铀俣扰c力、質(zhì)量關(guān)系，用砂桶的重力代表小車受到的合外力，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以測時(shí)間，不需要秒表，故A錯(cuò)誤；

需要用天平測砂桶和小車的質(zhì)量，故B正確；

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為低壓交流電源（6V以下），工作頻率為50Hz，周期為0.02s，故C錯(cuò)誤、D正確；

故選：BD。

（2）平衡摩擦力的方法是用重力沿斜面向下的分力來抵消摩擦力的作用，具體做法是：將小車輕紡（靜止）在長木板上，掛好紙帶（紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔之間有摩擦力）、不掛砂桶，將長木板靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，形成斜面，輕推小車，使小車做勻速運(yùn)動(dòng)（紙帶上兩點(diǎn)的距離相等）即可，故C正確、AB錯(cuò)誤；

故選：C。

（3）砂桶和小車一起運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)砂桶：mg-F=ma，對(duì)小車：F=Ma，可得小車受到的拉力，本實(shí)驗(yàn)用砂桶的重力代表小車受到的合外力（拉力），只有m＜＜M時(shí)，才有F≈mg，所以砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車和車上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是m＜＜M；

（4）由△x=at2可知，小車的加速度為：

（5）反比例關(guān)系不容易根據(jù)圖象判定，而正比例關(guān)系容易根據(jù)圖象判定，故應(yīng)該建立小車加速度a與小車質(zhì)量的倒數(shù)關(guān)系圖象，故應(yīng)選乙方案。

（6）圖象與橫軸相交，說明需要用拉力平衡摩擦力，即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠；由（3）可知，小車受到的拉力，當(dāng)m＜＜M時(shí)，即砂桶總重力遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砂桶的總重力，小車的加速度a與拉力F成正比，如果砂和小桶的總質(zhì)量太大，小車受到的拉力明顯小于砂桶重力，加速度與砂桶重力（小車受到的合力）不成正比，a-F圖象發(fā)生彎曲，不再是直線，故B正確；