Question

8．2013年6月20日上午十點，“神舟十號”航天員王亞平，首次面向全國六千多萬中小學(xué)生開展太空授課和天地互動交流等科普教育活動，其中“測質(zhì)量”最令人好奇和著迷．女航天員王亞平在太空授課時，解釋太空測質(zhì)量的原理是應(yīng)用了牛頓第二定律；物體受到作用力與產(chǎn)生加速度的比值，即得質(zhì)量．
某同學(xué)受到啟發(fā)，想利用“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置，測量小車質(zhì)量．如圖甲所示為實驗裝置圖，圖中A為小車，B為裝有砝碼的小盤，C為一端帶有定滑輪的長木板，小車通過紙帶與電火花打點計時器相連，計時器接50Hz交流電

（1）下列說法正確的是BCD．
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上
B．連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動
D．小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車
（2）圖乙為實驗中打出的一紙帶的一部分，從比較清晰的點跡其，在紙帶上標(biāo)出連續(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(biāo)出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖乙所示．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=1.0m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）實驗時，該同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的a-F圖象如圖丙所示，可能是圖中的圖線丙（選填“甲”“乙”或“丙”），設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律可知，小車的質(zhì)量為$\frac{1}{k}$．
（4）該同學(xué)遺漏了平衡摩擦力，這對求解小車的質(zhì)量有無影響？無（填“有”或“無”）

Answer 1

分析 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．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當(dāng)清楚；如果沒有平衡摩擦力的話，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時，物體不動的情況．
小車做的是勻加速直線運動，可由△x=at²求解加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤；
B、若連接砝碼盤和小車的細(xì)繩與長木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車的外力，這樣導(dǎo)致誤差增大，故B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故長木板的位置不能移動，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時要求開始小車要靠近打點計時器，故D正確．
故選：BCD；
（2）由△x=aT²得：a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$
解得：a=$\frac{0.216-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²
（3）遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時，物體不動的情況．故圖線為丙．
設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律F=ma可知，
則有：a=$\frac{1}{m}$F，小車的質(zhì)量為m=$\frac{1}{k}$；
（4）該同學(xué)遺漏了平衡摩擦力，則會出現(xiàn)甲圖象，但圖象的斜率不變，那么這對求解小車的質(zhì)量無影響，
故答案為：（1）BCD；（2）1.0；（3）丙，$\frac{1}{k}$；（4）無

點評 對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時要清楚每一項操作存在的理由，比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等；
會根據(jù)實驗原理分析分析為什么要平衡摩擦力和讓小車的質(zhì)量M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶（及砝碼）的質(zhì)量m，且會根據(jù)原理分析實驗誤差．紙帶的處理在高中實驗中用到多次，需要牢固的掌握．
同時掌握圖象的斜率含義，也是解題的突破口