Question

9．為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖1所示的實驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量．（滑輪質(zhì)量不計）
（1）實驗時，一定要進(jìn)行的操作是CE．
A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量．
B．先掛上砂桶但不放砂子，然后將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力．
C．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)．
D．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M．
E．用砂和砂桶改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)．
（2）該同學(xué)在實驗中得到如圖2所示的一條紙帶（兩計數(shù)點間還有一個點沒有畫出），已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為3.0 m/s²（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（3）以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的a-F圖象是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為C．
A．2tanθ    B．$\frac{1}{tanθ}$     C．$\frac{2}{k}$   D．$\frac{k}{2}$．

Answer 1

分析 （1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項；
（2）依據(jù)逐差法可得小車加速度．
（3）小車質(zhì)量不變時，加速度與拉力成正比，對a-F圖來說，圖象的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù)．

解答 解：（1）A、本題拉力可以由彈簧測力計測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶（包括砂）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故AD錯誤．
B、該題是彈簧測力計測出拉力，從而表示小車受到的合外力，故需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，但不需要掛砂桶，故B錯誤；
C、打點計時器運用時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實驗探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，要記錄彈簧測力計的示數(shù)，故C正確；
E、用砂和砂桶改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可以取更多的數(shù)據(jù)，可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)，故E正確；
故選：CE．
（2）由于兩計數(shù)點間還有一個點沒有畫出，故單擺周期為0.04s，由△x=aT²可得：
a=$\frac{{x}_{4}-{x}_{1}+{x}_{5}-{x}_{2}+{x}_{6}-{x}_{3}}{9{t}^{2}}$=$\frac{0.028-0.014+0.033-0.019+0.038-0.023}{9×（2×0.02）^{2}}$=3.0m/s²．
（3）由牛頓第二定律得：2F=ma，則a=$\frac{2}{m}$F，a-F圖象的斜率：k=$\frac{2}{m}$，小車質(zhì)量為：m=$\frac{2}{k}$，故選：C；
故答案為：（1）CE；  （2）3.0；  （3）C．

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，小車質(zhì)量不變時，加速度與拉力成正比，對a-F圖來說，圖象的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù)．