Question

【題目】某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置“探究加速度與力的關(guān)系”。已知小車的質(zhì)量M，砝碼盤的質(zhì)量m0，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f =50Hz。

(1)探究方案的實(shí)驗(yàn)步驟

A．按圖甲安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；

B．調(diào)節(jié)長木板的傾甬，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)；

C．取下細(xì)繩和砝碼盤，記錄砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；

D．將小車緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源后放開小車，得到一條打點(diǎn)清晰的紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；

E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m，重復(fù)多次步驟B～D，得到多組m、a。

(2)記錄數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析

①實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=____ m/s2,（保留2位有效數(shù)字）

②實(shí)驗(yàn)小組認(rèn)為小車受到的合外力F=mg，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和紙帶，將計(jì)算得到合外力和加速度填入設(shè)計(jì)的表中（表略）；

③建立a—F坐標(biāo)系，利用②中得到的表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)得到如圖丙所示的圖線。根據(jù)圖線，結(jié)論“小車加速度a與外力F成正比”是________（選填“成立”或“不成立”）的；已知圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)A的坐標(biāo)是（—0.08，0），由此可知，砝碼盤的質(zhì)量m0 = _______kg。(知數(shù)據(jù)測量是準(zhǔn)確的，重力加速度g取l0m/s2)

(3)方案評(píng)估

若認(rèn)為小車受到的合外力等于砝碼盤和砝碼的總重力，即F=(m0+m)g，實(shí)驗(yàn)中隨著F的增大，不再滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量要求，實(shí)驗(yàn)圖象應(yīng)為____。（填正確答案標(biāo)號(hào)）

Answer 1

【答案】 0.88 不成立 0.008 A

【解析】（1）在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即△x=aT2，
則 ．

（2）因圖線不過原點(diǎn)，故由此可知結(jié)論“小車加速度a與外力F成正比”是不成立的；由圖象可知，當(dāng)外力為零時(shí)，物體有加速度，這說明在計(jì)算小車所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤的重力，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知該圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)表示的物理量是砝碼盤的重力大小，因A的坐標(biāo)是（—0.08，0），則砝碼盤的重力大小為0.08N，質(zhì)量為0.008kg．

（3）當(dāng)物體小車勻速下滑時(shí)有：mgsinθ=f+（m+m0）g，當(dāng)取下細(xì)繩和砝碼盤后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為（m+m0）g，由此可知該實(shí)驗(yàn)中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．故此在實(shí)驗(yàn)中隨著F的增大，即使不再滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量要求，a-F仍為正比關(guān)系，故實(shí)驗(yàn)圖象應(yīng)為A.