Question

3．同學(xué)們利用如圖1所示裝置，分組來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗．
（1）在研究小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與小車所受力的關(guān)系．下列說法正確的是AC
A．該實驗首先要平衡小車受到的阻力，這樣小車受到的合力大小等于細繩對小車的拉力
B．實驗中平衡小車受到的阻力的方法是在砝碼盤中添加砝碼，使小車勻速滑動
C．實驗中通過在砝碼盤中增加砝碼米改變小車受到的拉力
D．實驗中每次小車都必須從同一位置開始運動
（2）在實驗中，打出了一條紙條，計時器打點的時間間隔為0.02s，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，如圖2所示，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，則該小車的加速度 a=0.16m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）小組甲按計劃完成實驗，并根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，畫出小車的$a-\frac{1}{M}$圖象如圖3中甲所示，從圖象3甲中可以得出，當(dāng)小車的質(zhì)量為0.5kg時，它的加速度為1m/s²．
小組乙按計劃完成實驗，并根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，畫出小車的a-F圖象如圖3乙所示，該圖線不通過原點，請你分析其主要原因可能是未能平衡小車受到的阻力．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力的關(guān)系實驗時，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打出的紙帶求出，對于釋放小車的位置可以不確定．
（2）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��；
（3）$a-\frac{1}{M}$的關(guān)系圖線是一條過坐標(biāo)原點的直線說明物體所受的合力是定值，根據(jù)牛頓第二定律F=ma即可求出恒力的大小，進而求出物體的為2.0kg時的加速度．

解答 解：（1）A、實驗時首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力，故A正確；
B、平衡摩擦力的方法就是，小車與紙帶相連，小車前面不掛小桶，把小車放在斜面上給小車一個初速度，看小車能否做勻速直線運動，故B錯誤；
C、實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，故C正確；    
D、對于小車釋放的位置，不需要從同一位置開始，故D錯誤；
故選：AC．
（2）每打五個點取一個計數(shù)點，又因打點計時器每隔0.02s打一個點，所以相鄰兩計數(shù)點間的時間T=0.1s；
在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)即△x=aT²，
將△x=0.16cm和T=0.1s帶入解得a=0.16m/s²；
（3）由于圖可知$a-\frac{1}{M}$的關(guān)系圖線是一條過坐標(biāo)原點的直線說明物體所受的合力是定值，
當(dāng)物體的加速度a=0.2m/s²時物體的質(zhì)量M=$\frac{1}{0.4}$，
根據(jù)牛頓第二定律F=Ma可得作用在物體上的恒力F=Ma=$\frac{1}{0.4}×$0.2=0.5N．
根據(jù)牛頓第二定律F=ma可得a=$\frac{F}{M}$=$\frac{0.5}{0.5}$m/s²=1m/s²
小車的a-F圖象，該圖線不通過原點，即有外力，也沒有加速度產(chǎn)生，其主要原因可能是：未能平衡小車受到的阻力（摩擦力）．
故答案為：（1）AC；  （2）0.16；（3）1；未能平衡小車受到的阻力（摩擦力）．

點評 本題考查了實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理分析，知道實驗原理及注意事項即可正確解題；探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗時，要平衡小車受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不夠、或過平衡摩擦力，小車受到的合力不等于鉤碼的重力．
學(xué)會讀圖是解決圖象問題的必備能力，如本題中根據(jù)$a-\frac{1}{M}$的關(guān)系圖線是一條過坐標(biāo)原點的直線能夠得出物體所受的合力是定值，根據(jù)任意一個坐標(biāo)能夠知道此時物體的質(zhì)量和加速度．