Question

6．用如圖（a）所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律．

（1）下列做法正確的是AD（填字母代號）
A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引小車的細繩與長木板保持平行
B．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼盤通過定滑輪拴在小車上
C．實驗時，先放開小車再接通打點計時器的電源
D．通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要再次調(diào)節(jié)木板傾斜程度
（2）甲、乙兩同學(xué)各取一套圖（a）所示的裝置放在水平桌面上，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，圖（b）為某次操作中打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點（圖中未標出），實驗中使用的是頻率f=50Hz的交變電流．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，可以算出小車的加速度a=0.50m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
實驗后甲、乙分別得到圖（c）中甲、乙兩條直線．設(shè)甲、乙用的小車質(zhì)量分別為m_甲、m_乙，小車與木板間的動摩擦因數(shù)分別為μ_甲、μ_乙，由圖（c）可知，m_甲小于m_乙、μ_甲大于μ_乙（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）在正確平衡摩擦力后甲同學(xué)重新實驗，保持小車的質(zhì)量M不變，改變砝碼盤和砝碼的總重力F，多次實驗，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，在a-F坐標系中描點，得到如圖（d）所示的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)右側(cè)若干個點明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是砝碼盤和砝碼總質(zhì)量沒有遠小于小車質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與拉力的關(guān)系實驗時，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．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點計時器打出的紙帶求出；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．
（2）依據(jù)逐差法△x=aT²可計算小車加速度．
a-F圖象的斜率表示加速度的倒數(shù)；求解出加速度與拉力F的表達式后結(jié)合圖象分析得到動摩擦因素情況．
（3）當(dāng)M＞＞m時，鉤碼的重力基本等于繩子的拉力，即小車的合力，當(dāng)不滿足M＞＞m時，拉力和鉤碼的總重力出現(xiàn)明顯的差值，圖線偏離直線．

解答 解：（1）A、調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引小車的細繩與長木板保持平行．故A正確；
B、在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車受到的滑動摩擦力時，不能將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在小車上．故B錯誤；
C、實驗時，應(yīng)先接通電源，再釋放小車．故C錯誤；
D、通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度．故D正確．
故選：AD．
（2）每相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點，故兩點間的時間間隔為T=0.1s，由逐差法可得：$a=\frac{（2.88+2.40-1.89-1.40）×1{0}^{-2}}{4{T}^{2}}$=0.50m/s²；
當(dāng)沒有平衡摩擦力時有：T-f=ma，故a=$\frac{1}{m}$T-μg，即圖線斜率為$\frac{1}{m}$，縱軸截距的大小為μg．觀察圖線可知m_甲小于m_乙，μ_甲大于μ_乙；
（3）由于OA段a-F關(guān)系為一傾斜的直線，所以在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比；由實驗原理：mg=Ma
得a=$\frac{mg}{M}$，而實際上a′=$\frac{mg}{M}+m$，可見A，B段明顯偏離直線是由于沒有滿足M＞＞m造成的．
故答案為：
（1）AD；（2）0.50，小于，大于；（3）砝碼盤和砝碼總質(zhì)量沒有遠小于小車質(zhì)量．

點評 書本上的實驗，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搞清楚．逐差法的應(yīng)用要注意時間間隔．