Question

20．某同學(xué)用如圖1所示裝置探究物塊m（未知）的加速度與力的關(guān)系．物塊m放置在水平桌面上，拉力傳感器固定在物塊的右側(cè)，水平輕細(xì)繩繞過(guò)光滑定滑輪連接在砂桶和和拉力傳感器之間，實(shí)驗(yàn)主要步驟為：1．讓物塊靜止在P點(diǎn)，在砂桶里緩慢增加細(xì)砂，直到物塊剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下拉力傳感器的示數(shù)F₀，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大��；2．再將物塊放回到P點(diǎn)并按住，向砂桶中加適量的細(xì)砂，記下拉力傳感器示數(shù)F₁，釋放物塊記下物塊通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)速度傳感器示數(shù)v₁；3．重復(fù)步驟2分別記下對(duì)應(yīng)的傳感器示數(shù)F₂、F₃…以及v₂、v₃…；3，用刻度尺測(cè)出PQ間距L．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①物塊在第2步驟中的加速度表達(dá)式$\frac{{{v}_{1}}^{2}}{2L}$（用測(cè)量物理量表達(dá)）；
②如果用F-F₀表示物塊所受合力，則表示物塊加速度（a）與合外力（F_合）關(guān)系的圖線，圖2中正確的是D．

Answer 1

分析 ①根據(jù)勻變速直線位移速度公式2aL=${{v}_{1}}^{2}$直接求出加速度；
②平衡摩擦力后，物塊加速度（a）與合外力（F_合）關(guān)系的圖線應(yīng)該過(guò)原點(diǎn)，本題中用力傳感器直接讀出力的大小，不需要用小桶中砂的重力來(lái)代替，所以不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶中砂的質(zhì)量．

解答 解：①根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式得：
2aL=${{v}_{1}}^{2}$
解得：a=$\frac{{{v}_{1}}^{2}}{2L}$
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_合（F_合=F₁-F₀）的關(guān)系圖象．
由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖象應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的一條傾斜的直線，而且本題中用力傳感器直接讀出力的大小，不需要用小桶中砂的重力來(lái)代替，所以不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶中砂的質(zhì)量，所以隨著小桶中砂的重力的增大，圖象不會(huì)出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，故D正確．
故選：D
故答案為：①$\frac{{{v}_{1}}^{2}}{2L}$；②D

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)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，特別注意的時(shí)，本題不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶中砂的質(zhì)量，因?yàn)楹狭Σ皇怯尚⊥爸猩暗闹亓��?lái)代替的．