Question

5．一同學(xué)在探究加速度與合外力和質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，利用了如圖的實(shí)驗(yàn)裝置完成了實(shí)驗(yàn)探究，回答下列問題：

（1）如圖保持長木板水平，下列操作必須的是A
A．通過改變砂桶的質(zhì)量來改變牽引力
B．本實(shí)驗(yàn)中不必要滿足砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
C．如果在小車與細(xì)繩之間加一拉力傳感器，則仍需測出砂桶的總質(zhì)量
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放小車再接通電源
（2）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，也可以將長木板的右端適當(dāng)墊高以平衡摩擦力，則下列敘述正確的是C
A．平衡摩擦力時(shí)，取下砂桶和紙帶，改變斜面的傾角使小車在長木板上勻速下滑
B．平衡摩擦力的目的是為了使細(xì)繩的拉力與摩擦力相等
C．平衡摩擦力后小車的合外力即為細(xì)繩的拉力
D．實(shí)際平衡摩擦力時(shí)必要將長木板的一端墊高，只要通過砂桶牽引小車勻速運(yùn)動(dòng)即可
（3）如果某次操作得到的紙帶如圖，其中0、1、2、3等各點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T=0.02s，則小車的加速度大小應(yīng)為2.30m/s²；（結(jié)果保留兩位小數(shù)）
（4）該同學(xué)（1）和（2）兩個(gè)條件下分別探究了加速度與合外力的關(guān)系，并將多次操作所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在了如圖的坐標(biāo)系，則圖象A（填“A”或“B”）應(yīng)為平衡摩擦力后的加速度與合外力的關(guān)系圖線，由圖象可得小車的總質(zhì)量應(yīng)為0.5kg．

Answer 1

分析 （1）（2）實(shí)驗(yàn)中用砂桶的質(zhì)量代替小車的合力，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(shí)驗(yàn)的誤差
（3）根據(jù)△x=aT²求的加速度
（4）平衡摩擦力過大，為施加外力，就具有了加速度，根據(jù)牛頓第二定律求的質(zhì)量

解答 解：（1）通過改變砂桶中砂子的質(zhì)量來改變小車的牽引力，A正確；本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)滿足砂桶的重力近似地等于小車的牽引力，因此必須滿足砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，B錯(cuò)誤；拉力可以由力的傳感器測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶（包括砂）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定時(shí)，在釋放小車，D錯(cuò)誤；
（2）平衡摩擦力時(shí)不應(yīng)掛鉤碼，但是要掛紙帶，調(diào)節(jié)斜面的傾角，給小車一個(gè)初速度，使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)即可，A、D錯(cuò)誤；小車所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本質(zhì)就是使小車的重力沿斜面方向的分力與小車所受的阻力相平衡，使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力，B錯(cuò)誤C正確；
（3）根據(jù)逐差相等公式$a=\frac{△x}{t^2}=\frac{{{x_2}-{x_1}}}{{{{（5T）}^2}}}=\frac{{（4.70-2.40）×{{10}^{-2}}}}{0.01}=2.30m/{s^2}$
（4）圖線A中，當(dāng)外力F為零時(shí)，加速度不為零，故斜面必然傾斜，且重力沿著斜面的分力大于摩擦力，因此A是在軌道傾斜情況下得到的；當(dāng)木板水平時(shí)，由牛頓第二定律可得F-f=ma，結(jié)合圖象B可知當(dāng)a=0時(shí)，F(xiàn)=f=1N，當(dāng)F=0時(shí)，-f=ma=-2m=-1N，解得m=0.5kg．
故答案為：（1）A；（2）C；（3）2.30m/s²；（4）A，0.5

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)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
對(duì)于課本中基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，要到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作，這樣才能明確實(shí)驗(yàn)步驟和具體的操作的含義．