Question

5．用如圖1所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實驗．實驗時保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度．

（1）實驗時先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力．
（2）圖2為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖3所示．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a=1.0 m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）實驗時改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度．根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖線，如圖2所示．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是C．（選填下列選項的序號）
A．小車與平面軌道之間存在摩擦
B．平面軌道傾斜角度過大
C．所掛鉤碼的總質(zhì)量過大
D．所用小車的質(zhì)量過大．

Answer 1

分析 （1）探究物體加速度與力的關(guān)系實驗中，要使小車受到的拉力等于鉤碼的重力，在實驗前應(yīng)平衡摩擦力；
（2）根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，由△x=at²可求小車的加速度．
（3）為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應(yīng)滿足砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

解答 解：（1）使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受的摩擦阻力平衡，才能認為在實驗中小車受的合外力就是鉤碼的拉力，所以這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力．
（2）由△x=aT²和逐差法可知：a=$\frac{{x}_{DE}+{x}_{CD}-{x}_{AB}-{x}_{BC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（21.60-8.79-8.79）×1{0}^{-2}}{4×（0.1）^{2}}$ m/s²=1.0 m/s²
（3）在實驗中認為細繩的張力F就是鉤碼的重力mg，實際上，細繩張力為：F′=Ma，mg-F′=ma，
即：F′=$\frac{M}{M+m}$•mg
a=$\frac{1}{M+m}$•mg=$\frac{1}{M+m}$F
所以當拉力F變大時，m必定變大，$\frac{1}{M+m}$必定減�。�當M?m時，a-F圖象為直線，當不滿足M?m時，便有a-F圖象的斜率逐漸變小，選項C正確．
故答案為：（1）平衡小車運動中所受的摩擦阻力；（2）1.0；（3）C

點評 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去理解．對牛頓第二定律實驗中關(guān)鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的理由．