Question

6．某實(shí)驗(yàn)小組做“探究加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(xué)根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，他標(biāo)注縱軸為加速度a，但忘記標(biāo)注橫軸，你認(rèn)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(shí)驗(yàn)的誤差會更大（選填“大”或“小”）；
（3）該實(shí)驗(yàn)小組還利用該裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓砂桶從高處由靜止開始下落，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，圖丙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，鋁塊、砂桶和砂組成的系統(tǒng)機(jī)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(dá)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(shí)驗(yàn)的誤差會更大．
（3）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出點(diǎn)5的瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)的誤差會更大．
（3）計(jì)數(shù)點(diǎn)5的瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，鋁塊、砂桶和砂組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評 只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目，而實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)，故要加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握．