Question

12．為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置．請(qǐng)思考探究思路并回答下列問(wèn)題：
（1）為了消除小車(chē)與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取做法是C
A．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車(chē)在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)
B．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車(chē)在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)
C．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車(chē)恰好做勻速運(yùn)動(dòng)
D．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車(chē)恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)
（2）某學(xué)生在平衡摩擦力時(shí)，使得長(zhǎng)木板傾角偏大．他所得到的a-F關(guān)系是圖2中的哪個(gè)圖線？（圖中a是小車(chē)的加速度，F(xiàn)是細(xì)線作用于小車(chē)的拉力）C；
（3）消除小車(chē)與水平木板之間摩擦力的影響后，可用鉤碼總重力代替小車(chē)所受的拉力，此時(shí)鉤碼質(zhì)量m與小車(chē)總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的關(guān)系為m＜＜M；
（4）圖3為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz．根據(jù)紙帶可求出打C點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度大小為1.7m/s，小車(chē)的加速度大小為3.2m/s²．（結(jié)果保留二位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 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)；該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要；紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度．

解答 解：（1）平衡摩擦力的方法是將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車(chē)恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，以使小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車(chē)的合力就是繩子的拉力．
故選：C．
（2）把長(zhǎng)木板的一端墊得過(guò)高，使得傾角偏大，會(huì)導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力偏大，重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，這樣在沒(méi)有繩子的拉力作用下，小車(chē)就會(huì)產(chǎn)生加速度．
故選：C．
（3）以砂桶和小車(chē)整體為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律：
mg=（m+M）a
以小車(chē)為研究對(duì)象：T=Ma
得：T=$\frac{M}{M+m}$mg＜mg，據(jù)此可知只有當(dāng)m＜＜M，可用鉤碼總重力代替小車(chē)所受的拉力．
（4）據(jù)題知，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的T=0.04s
據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可得：${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.067+0.072}{0.08}m/s$=1.7m/s
根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移之差相等，即△x=0.51cm，
根據(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得：a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$=$\frac{0.0051}{0.0{4}^{2}}m/{s}^{2}$=3.2m/s²
故答案為：（1）C；（2）C；（3）m＜＜M；（4）1.7；3.2．

點(diǎn)評(píng) 實(shí)驗(yàn)問(wèn)題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．實(shí)驗(yàn)中的第2題考查的是力學(xué)問(wèn)題，把長(zhǎng)木板的一端墊得過(guò)高，使得傾角偏大，會(huì)導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力減小等現(xiàn)象，這些我們都要從學(xué)過(guò)的力學(xué)知識(shí)中解決．