Question

6．某實驗小組做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗，實驗的探究對象是鋁塊（質(zhì)量小于砂桶），裝置如圖甲所示，保持鋁塊的質(zhì)量m不變，通過在砂桶中添加砂來改變對鋁塊的拉力，每次釋放輕繩，由力傳感器可測得拉力的大小F，由紙帶上打出的點可算出對應(yīng)的加速度大小a，已知重力加速度為g，電源頻率為50Hz．
（1）該同學根據(jù)多組實驗數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過坐標原點的直線，他標注縱軸為加速度a，但忘記標注橫軸，你認為橫軸代表的物理量是F-mg（用所給的字母表示）；
（2）若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上，則實驗的誤差會更大（選填“大”或“小”）；
（3）該實驗小組還利用該裝置驗證機械能守恒定律，實驗時，讓砂桶從高處由靜止開始下落，在紙帶上打出一系列的點，圖丙給出的是實驗中獲得的一條紙帶，0是打下的第一個點，每相鄰2個計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖丙所示，已知鋁塊的質(zhì)量m=50g，砂桶和砂的質(zhì)量M=150g，g取9.8m/s²，則在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增加量△E_k=0.58J，系統(tǒng)勢能的減少量△E_p=0.59J，由此得出的結(jié)論是在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，鋁塊、砂桶和砂組成的系統(tǒng)機械能守恒（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）抓住加速度與合力成正比，得出合力的表達式．
（2）由于滑輪的摩擦，若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上則實驗的誤差會更大．
（3）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出點5的瞬時速度，從而得出系統(tǒng)動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出系統(tǒng)重力勢能的減小量．

解答 解：（1）根據(jù)牛頓第二定律知，加速度a與合力成正比，可知橫軸表示的物理量是鋁塊所受的合力，及F-mg．
（2）由于滑輪的摩擦，若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上則實驗的誤差會更大．
（3）計數(shù)點5的瞬時速度${v}_{5}=\frac{{x}_{46}}{2T}=\frac{（21.74+26.56）×1{0}^{-2}}{0.2}$m/s=2.415m/s，則系統(tǒng)動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{{v}_{5}}^{2}$=$\frac{1}{2}×（0.15+0.05）×2.41{5}^{2}$J=0.58J，系統(tǒng)勢能的減小量△E_p=（M-m）gh=0.1×9.8×（0.3864+0.2174）J=0.59J．
故答案為：（1）F-mg （2）大（3）0.58   0.59  在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，鋁塊、砂桶和砂組成的系統(tǒng)機械能守恒．

點評 只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學習和掌握．