Question

2．利用如圖1裝置可以做力學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn)．

（1）以下說法正確的是C
A．用此裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須平衡小車和滑軌間的摩擦力
B．用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，在每次改變桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量之后，需要重新平衡摩擦力
C．用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使小桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
（2）本裝置中要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，如圖2所示為實(shí)驗(yàn)室常用的兩種計(jì)時(shí)器，其中甲裝置用的電源是A．
A．交流220V　　　　　B．直流220V　　　　C．交流4-6V　　　　　D．直流4-6V
（3）利用此裝置做“探究加速度a與力F的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)（交流電頻率為50Hz）
①某同學(xué)按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖3所示，他在紙帶上取A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H等7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出），將毫米刻度尺放在紙帶上，根據(jù)如圖3可知，打下E點(diǎn)時(shí)小車的速度為0.085m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度為0.10m/s²．
②另一同學(xué)在該實(shí)驗(yàn)中得到如下一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表中F表示細(xì)線對(duì)小車的拉力，a表示小車的加速度）：

F/N	0.196	0.294	0.392	0.490	0.588
a/m•s-2	0.25	0.58	0.90	1.20	1.53

請(qǐng)?jiān)谌鐖D4所示的坐標(biāo)系中作出a-F圖象．

Answer 1

分析 （1）利用圖示小車紙帶裝置可以完成很多實(shí)驗(yàn)，在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)不需要平衡摩擦力，在探究“小車的加速度a與力F的關(guān)系”時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度a的表達(dá)式，不難得出當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量時(shí)，可以用鉤碼的重力代替繩子的拉力；
（2）電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，使用220V交流電源，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4-6V交流電源；
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上的某點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大�。桓鶕�(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)描點(diǎn)法作圖．

解答 解：A、此裝置可以用來研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，但不需要平衡摩擦力，故A錯(cuò)誤；
B、平衡摩擦力的方法是將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面分力補(bǔ)償小車運(yùn)動(dòng)中所受阻力的影響，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立與質(zhì)量無關(guān)，故改變質(zhì)量后不需重新進(jìn)行平衡．故B錯(cuò)誤；
C、在利用該裝置來“探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，設(shè)小車的質(zhì)量為M，小桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量為m，設(shè)繩子上拉力為F，
以整體為研究對(duì)象有mg=（m+M）a
解得：$\frac{mg}{M+m}$
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力為：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于小桶和桶內(nèi)砝碼的重力，故C正確．
故選：C
（2）甲是電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，使用220V交流電源，故A正確
故選：A
（3）①每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，則T=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度得：
${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.04-0.023}{0.2}=0.085m/s$．
根據(jù)作差法得：a=$\frac{{x}_{DH}-{x}_{AD}}{9{T}^{2}}=\frac{（0.05-0.023）-（0.023-0.05）}{0.09}$=0.10m/s²．
②根據(jù)描點(diǎn)法作出a-F圖象，如圖所示：
故答案為：（1）C；（2）A；（3）①0.085；0.10；②如圖所示．

點(diǎn)評(píng) 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)，然后熟練應(yīng)用物理規(guī)律來解決實(shí)驗(yàn)問題，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．