Question

12．如圖1所示，為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量及小車和砝碼的質(zhì)量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖．鉤碼的質(zhì)量為m₁，小車和砝碼的質(zhì)量為m₂，重力加速度為g．

（1）下列說(shuō)法正確的是D
A．每次在小車上加減砝碼時(shí)，應(yīng)重新平衡摩擦力
B．實(shí)驗(yàn)時(shí)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先釋放小車后接通電源
C．本實(shí)驗(yàn)m₂應(yīng)遠(yuǎn)小于m₁
D．在用圖象探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，應(yīng)作$\frac{1}{{m}_{2}}$-a圖象
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，測(cè)得F=m₁g，作出a-F圖象，他可能作出圖2中丙（選填“甲”、“乙”、“丙”）圖線．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是
C
A．小車與軌道之間存在摩擦
B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)
C．鉤碼的總質(zhì)量太大
D．所用小車的質(zhì)量太大
（3）實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶如圖4所示．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間是0.1s，由此可以算出小車運(yùn)動(dòng)的加速度是0.46m/s²
（4）若不斷增加鉤碼的個(gè)數(shù)，a-F圖象中各點(diǎn)連成的曲線將不斷延伸，那么加速度的趨向值為g
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若軌道水平，他測(cè)量得到的$\frac{1}{{m}_{2}}$-a圖象，如圖3．設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，則小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{gk}$，鉤碼的質(zhì)量m₁=$\frac{1}{gk}$．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)時(shí)需要提前做的工作有兩個(gè)：①平衡摩擦力，且每次改變小車質(zhì)量時(shí)，不用重新平衡摩擦力，因?yàn)閒=mgsinθ=μmgcosθ，m約掉了．②讓小車的質(zhì)量M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小盤和重物的質(zhì)量m．如果沒(méi)有平衡摩擦力的話，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)有拉力時(shí)，物體不動(dòng)的情況．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)的加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力，假設(shè)木板傾角為θ，則有：f=mgsinθ=μmgcosθ，m約掉了，
每次在小車上加減砝碼時(shí)，故不需要重新平衡摩擦力．故A錯(cuò)誤．
B、實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源后釋放小車，故B錯(cuò)誤．
C、讓小車的質(zhì)量m₁遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小盤和重物的質(zhì)量m₂，因?yàn)椋簩?shí)際上繩子的拉力F=m₁a=$\frac{{m}_{1}g}{1+\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}}$，
故應(yīng)該是m₁＜＜m₂，故C錯(cuò)誤；
D、F=ma，所以：a=$\frac{F}{m}$，所以在用圖象探究小車的加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，通常作a-$\frac{1}{{m}_{2}}$圖象，故D正確；
故選：D
（2）遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)有拉力時(shí)，物體不動(dòng)的情況，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力或平衡不夠．故可能作出圖2中丙．
此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量太大，沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車和砝碼的質(zhì)量，
故選：C．
（3）根據(jù)勻變速直線的推論：s₄-s₁=3aT²
a=$\frac{0.0262-0.0124}{3×0.01}$=0.46m/s²
（4）若不斷增加鉤碼的個(gè)數(shù)，a-F圖象中各點(diǎn)連成的曲線將不斷延伸，由于際上繩子的拉力F=m₁a=$\frac{{m}_{1}g}{1+\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}}$，
那么加速度，當(dāng)m₂遠(yuǎn)大于m₁時(shí)：$\frac{g}{1+\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}}≈g$
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，根據(jù)牛頓第二定律得：
F-μm₂g=m₂a
m₁g-F=m₁a
$\frac{1}{{m}_{2}}$=$\frac{a}{F}$+$\frac{μg}{F}$
設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，
所以k=$\frac{1}{F}$，$\frac{μg}{F}$=b，
解得：μ=$\frac{gk}$，鉤碼的質(zhì)量m₁=$\frac{1}{gk}$．
故答案為：（1）D；（2）丙，C； （3）0.46；（4）g；（5）$\frac{gk}$，$\frac{1}{gk}$

點(diǎn)評(píng) 本題考察的比較綜合，需要學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)掌握的非常熟，理解的比較深刻才不會(huì)出錯(cuò)，知道a-F圖的斜率等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，難度適中．要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力，在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用．