Question

18．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置來探究小車的加速度與所受合力的關(guān)系．將裝有力傳感器的小車放置于水平長木板上，緩慢向小桶中加入細(xì)砂，直到小車剛開始運(yùn)動為止，記下傳感器的最大示數(shù)F₀，以此表示小車所受摩擦力的大小．再將小車放回原處并按住，繼續(xù)向小桶中加入細(xì)砂，記下傳感器的示數(shù)F₁．

（1）接通頻率為50Hz的交流電源，釋放小車，打出如圖乙所示的紙帶．從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，則小車加速度a=0.16m/s²．（保留兩位有效數(shù)字）
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記下小車加速運(yùn)動時傳感器的示數(shù)F₂，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₂-F₀）的關(guān)系圖象，不計(jì)紙帶與計(jì)時器間的摩擦，如圖丙圖象中正確的是B．

（3）同一次實(shí)驗(yàn)中，小車加速運(yùn)動時傳感器示數(shù)F₂與小車釋放前傳感器示數(shù)F₁的關(guān)系是F₂＜F₁
（選填“＜”、“=”或“＞”）．
（4）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是D．
A．小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量
B．實(shí)驗(yàn)中需要將長木板右端墊高
C．實(shí)驗(yàn)中需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量
D．用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小；
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₁-F₀）的關(guān)系圖象，由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖象應(yīng)該過原點(diǎn)；
（3）對小桶受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求解；
（4）在該實(shí)驗(yàn)中力傳感器可以直接得出力的大小，實(shí)驗(yàn)中不需要將長木板右端墊高，因?yàn)橐呀?jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

解答 解：（1）由于每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{{x}_{4}-{x}_{1}}{3{T}^{2}}$=$\frac{0.0400-0.0352}{3×0．{1}^{2}}$=0.16 m/s²，
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₁-F₀）的關(guān)系圖象．
由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖象應(yīng)該過原點(diǎn)，一條傾斜的直線．故B正確，ACD錯誤；故選：B．
（3）對小桶受力分析，設(shè)小桶重力為mg，
木板釋放前彈簧秤的示數(shù)F₁，所以F₁=mg，
設(shè)小車的重力為Mg，小車在加速運(yùn)動時彈簧秤的示數(shù)F₂，
根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F₂=ma，所以F₁＞F₂，
（4）A、在該實(shí)驗(yàn)中力傳感器可以直接得出力的大小，不需要使小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量，故A錯誤；
B、實(shí)驗(yàn)中不需要將長木板右端墊高，因?yàn)橐呀?jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，故B錯誤；
C、實(shí)驗(yàn)中不需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量，只需要保證小車和傳感器的總質(zhì)量不變，故C錯誤；
D、用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故D正確；故選：D．
故答案為：（1）0.16；（2）B；（3）＜；（4）D．

點(diǎn)評 本題借助實(shí)驗(yàn)考查了勻變速直線的規(guī)律以及推論的應(yīng)用，在平時練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，提高解決問題能力．解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚．