Question

9．如圖 （a）為某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花打點計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板．在實驗中近似認為細線對小車拉力F的大小等于砝碼和小桶的總重力，小車運動加速度a可用紙帶上的點求得．

（1）實驗過程中，電火花打點計時器應(yīng)接在交流（選填“直流”或“交流”）電源上．調(diào)整定滑輪的高度，使細線與木板平行．
（2）圖（b）是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，電火花打點計時器的電源頻率為50Hz，其中0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖所示，打“3”計數(shù)點時小車的速度大小為0.26m/s，由紙帶求出小車的加速度的大小a=0.50 m/s²．（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）
（3）在“探究加速度與合外力的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中砝碼的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F關(guān)系圖線如圖（c）所示，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因為平衡摩擦力過度．

Answer 1

分析 （1）電火花打點計時器應(yīng)使用交流電源，為了使繩子的拉力等于合力，繩子的方向應(yīng)與長木板平行；
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²，可以求出加速度的大小，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上打3點時小車的瞬時速度大��；
（3）實驗時應(yīng)平衡摩擦力，沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，a-F圖象在F軸上有截距；平衡摩擦力過度，在a-F圖象的a軸上有截距．

解答 解：（1）電火花計時器應(yīng)接在交流電源上．調(diào)整定滑輪高度，使細線與長木板平行．
（2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度得：
${v}_{3}=\frac{{x}_{3}+{x}_{4}}{2T}=\frac{0.024+0.0288}{0.2}$=0.26m/s
根據(jù)作差法得：
a=$\frac{{x}_{4}+{x}_{3}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{0.024+0.0288-0.0189-0.014}{0.04}$=0.49m/s²．
（3）由圖象可知，a-F圖象在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度造成的．
故答案為：（1）交流；細線與木板平行；（2）0.26；0.50；（3）平衡摩擦力過度．

點評 本題考查了打點計時器的應(yīng)用及打出的紙帶的處理方法，有利于學(xué)生基本知識的掌握，同時也考查了學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的處理方法，及試驗條件的掌握，難度適中．