Question

6．如圖1所示為中學(xué)物理常見的實驗裝置，某同學(xué)為了運用此裝置研究加速度與力的關(guān)系，進行了如下的操作：
（1）他在細繩不掛鉤碼，五個鉤碼（每個質(zhì)量均為0.010kg ）全部放到了小車上，并且將長木板的右端用木塊墊起，打開電源，輕推小車，獲得如圖2的所示紙帶．由圖可知穩(wěn)定后小車在長木板上做勻速運動，他這樣做的目的是平衡摩擦力；

（2）接著，他將第一個鉤碼從小車上取下掛在細繩的末端，打開電源，釋放紙帶，進行一次實驗．依次取下2，3，4，5個鉤碼繼續(xù)掛到第一個鉤碼下端進行實驗，得到五條紙帶．
①當細繩末端掛有第一個鉤碼時，獲得的紙帶如圖3所示，他選取了其中五個計數(shù)點進行研究（相鄰兩個計數(shù)點間還有4個計時點），則AE兩點間距為6.30cm；可求得小車運動過程中的加速度為0.38 m/s²
②然后，他依次分析其余的四條紙帶，得到的數(shù)據(jù)如下表：（g=9..80m/s²）

細繩末端所掛鉤碼重力F（N）	0.098	0.196	0.294	0.392	0.490
小車的加速度a（m/s2）		0.78	1.18	1.55	1.96

在圖4中作出a-F圖象，可知小車的質(zhì)量為4.00 kg （不包括鉤碼，保留三位有效數(shù)字）；
③根據(jù)圖4的a-F圖象，他得出結(jié)論：當小車和鉤碼（含車上放置和細繩末端所掛）的總質(zhì)量一定時，小車的加速度a與細繩末端所掛鉤碼的重力F成正比．要想達到實驗?zāi)康模�除了進行上述調(diào)整之外，還必須要滿足的條件是C．
A．小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量
B．鉤碼的質(zhì)量遠大于小車的質(zhì)量
C．調(diào)整定滑輪高度使細繩與長木板平行
D．長木板與小車之間的摩擦力很小．

Answer 1

分析 （1）當打點計時器在紙帶上打出一系列間隔均勻的點時，小車做勻速直線運動，恰好平衡摩擦力．
（2）①根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小．②使用描點法即可做出圖象，根據(jù)圖象的意義即可求出小車的質(zhì)量；
③根據(jù)實驗的注意事項分析答題．

解答 解：（1）由圖2可知，小車做勻速直線運動，平衡小車所受的阻力：不掛鉤碼，調(diào)整木板右端的高度，用手輕推小車，直到打點計時器打出一系間距相等的點．所以可知該步驟為平衡摩擦力；
（2）①由圖3可知，A點為6.00cm，E點為12.30cm，所以AE=6.30cm；
由圖3可知，B點為7.00cm，C點為8.35cm，D點為10.15cm
根據(jù)運動學(xué)公式得：△x=at²，
a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$
代入數(shù)據(jù)得：a=38cm/s²=0.38m/s²．
②使用描點法先找出各點，然后連線做出圖象如圖，

根據(jù)圖象的意義可知圖象的斜率是小車質(zhì)量的倒數(shù)，則：
$\frac{1}{m}=\frac{1.96-0}{0.490-0}=\frac{1}{4.00}$
所以m=4.00kg
③根據(jù)圖4的a-F圖象，他得出結(jié)論：當小車和鉤碼（含車上放置和細繩末端所掛）的總質(zhì)量一定時，小車的加速度a與細繩末端所掛鉤碼的重力F成正比．要想達到實驗?zāi)康�，除了進行上述調(diào)整之外，還必須要滿足：
A、B、由于當小車和鉤碼（含車上放置和細繩末端所掛）的總質(zhì)量一定，所以小車的加速度a與細繩末端所掛鉤碼的重力F始終成正比，不需要滿足小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，也不能鉤碼的質(zhì)量遠大于小車的質(zhì)量．故A錯誤，B錯誤；
C、調(diào)整定滑輪高度使細繩與長木板平行，能使繩子對小車的拉力繩子沿與軌道平行的方向，能減小實驗的誤差．故C正確；
D、無論長木板與小車之間的摩擦力的大小，在開始時已經(jīng)平衡了摩擦力．故D錯誤．
故選：C
故答案為：（1）勻速，平衡摩擦力；（2）①6.30，0.38；②如圖，4.00；③C

點評 在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎(chǔ)物理知識在實驗中的應(yīng)用，加強解決實驗問題的能力．掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時加速度．