Question

18．在《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)中采用如圖1示數(shù)的裝置．

（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法是C
A．假設(shè)法    B．理想實(shí)驗(yàn)法     C．控制變量法    D．等效替代法
（2）下列說法中正確的是BD
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)線通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源
D．在每次實(shí)驗(yàn)中，如果認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力等于盤及盤中的砝碼的總重力，應(yīng)使小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量
（3）如圖2所示是某一次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶．取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G．紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.10s，用刻度尺測(cè)量出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別為AB=1.50cm，BC=3.88cm，CD=6.26cm，DE=8.67cm，EF=11.08cm，F(xiàn)G=13.49cm，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小a=2.40m/s²，打紙帶上E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小v_E=0.99m/s．（結(jié)果均保留兩位小數(shù)）．
（4）某同學(xué)測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：（小車質(zhì)量m保持不變）

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/m•s-2	0.30	0.40	0.48	0.60	0.72

請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在如圖3所示的坐標(biāo)圖上作出a-F圖象；

（5）圖象不過原點(diǎn)的原因可能是平衡摩擦過度或木板一端墊得過高．

Answer 1

分析 （1）由于該實(shí)驗(yàn)涉及的物理量較多，因此該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究加速度、質(zhì)量、合力三者之間的關(guān)系；
（2）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)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)；
（3）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，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大��；
（4）根據(jù)描點(diǎn)法作出圖象；
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)平衡摩擦力，沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，a-F圖象在F軸上有截距；平衡摩擦力過度，在a-F圖象的a軸上有截距．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運(yùn)用控制變量法，故C正確．
故選：C．
（2）A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，是小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤．
B、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，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B正確．
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故C錯(cuò)誤．
D、在每次實(shí)驗(yàn)中，如果認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力等于盤及盤中的砝碼的總重力，應(yīng)使小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量．故D正確．
故選：BD
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可得：
設(shè)A到B之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
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：
x₄-x₁=3a₁T² 
x₅-x₂=3a₂T² 
x₆-x₃=3a₃T² 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)三個(gè)加速度取平均值，
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）代入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解得：a=2.40m/s²，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小．
v_E=$\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.0867+0.1108}{0.2}=0.99m/s$；
（4）根據(jù)描點(diǎn)法作出圖象，如圖所示：
（5）由圖象可知，a-F圖象在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度或木板一端墊得過高造成的．
故答案為：（1）C；（2）BD；（3）2.40，0.99；（4）如圖所示；（5）平衡摩擦過度或木板一端墊得過高

點(diǎn)評(píng) 在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠(yuǎn)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(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．