Question

18．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，采用如圖1所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，鉤碼的總質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出．

（1）以下措施正確的是BC．
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將鉤碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B．本實驗M應(yīng)遠(yuǎn)大于m
C．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力
D．實驗時，先放開小車，后接通電源
（2）如圖2，甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線，說明實驗存在的問題是平衡摩擦過度．
（3）圖3為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標(biāo)出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖所示．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a=1.0 m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，通過控制變量法，先控制m一定，驗證a與F成正比，再控制F一定，驗證a與m成反比；實驗中用勾碼的重力代替小車的合力，故要通過將長木板左端墊高來平衡摩擦力和使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤（包括盤中的砝碼）質(zhì)量來減小實驗的誤差！實驗時先接通電源后釋放紙帶．
（2）圖中沒有拉力時就產(chǎn)生了加速度，說明平衡摩擦力時木板傾角過大．
（3）根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，由△x=at²可求小車的加速度；

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動．故B錯誤．
B、以整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律有：
mg=（m+M）a
解得：a=$\frac{mg}{m+M}$，
以M為研究對象，得繩子的拉力為：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時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．故B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正確．
D、實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故D錯誤．
故選：BC
（2）圖中沒有拉力時就產(chǎn)生了加速度，說明平衡摩擦力時木板傾角過大或平衡摩擦力過度．
（3）計數(shù)點間的時間間隔為：t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小車的加速度為：a=$\frac{{x}_{CE}^{\;}-{x}_{AC}^{\;}}{4{t}_{\;}^{2}}$═$\frac{21.60cm-8.79cm-8.79cm}{4×（0.1s）_{\;}^{2}}$=100$cm/{s}_{\;}^{2}$=1.0m/s²．
故答案為：（1）BC；（2）平衡摩擦力過度；（3）1.0

點評 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去理解．對牛頓第二定律實驗中關(guān)鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的理由．