Question

13．在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時(shí)，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．
（1）實(shí)驗(yàn)備有下列器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，紙帶和復(fù)寫紙，導(dǎo)線，細(xì)線，小車，砝碼和小盤，帶滑輪的長(zhǎng)木板，刻度尺．天平．（填寫主要儀器）
（2）某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn)，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是B．
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D．用天平測(cè)出m以及小車質(zhì)量M，小車運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=mg/M求出
（3）另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖2和圖3所示，其原因分別是：
圖2：沒(méi)有滿足m＜＜M；
圖3：沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（4）圖4是用紙帶拖動(dòng)小車用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度打出的一條紙帶．A、B、C、D、E為我們?cè)诩垘�上所選的記數(shù)點(diǎn)．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1秒．試求：
①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、D點(diǎn)時(shí)小車的即時(shí)速度，V_B=0.26m/s；V_D=0.34m/s；
②小車的加速度a=0.4m/s²．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材確定還需要的實(shí)驗(yàn)器材．
（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡摩擦力，平衡摩擦力后在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需要再平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源然后再放開(kāi)小車．
（3）當(dāng)盤及盤中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼總質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．平衡摩擦力時(shí)，不能掛盤；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應(yīng)由紙帶求出．
（4）應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求出瞬時(shí)速度，應(yīng)用加速度的定義式求出加速度．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量小車質(zhì)量、砝碼和盤的質(zhì)量，測(cè)量質(zhì)量需要用天平，因此還需要的器材為：天平．
（2）A、平衡摩擦力時(shí)，不能將及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上．故A錯(cuò)誤．
B、改變小車質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源，再釋放小車．故C錯(cuò)誤．
D、小車運(yùn)動(dòng)的加速度通過(guò)紙帶求出，不能通過(guò)a=$\frac{mg}{M}$求出．故D錯(cuò)誤．故選：B．
（3）由圖2所示圖象可知，隨著F的增大，即砝碼和盤的質(zhì)量增大，不再滿足砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．
由圖3所示圖象可知，F(xiàn)大于零時(shí)，加速度為零，知沒(méi)有平衡摩擦力，或平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過(guò)�。�
（4）①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)小車的即時(shí)速度：V_B=$\frac{AC}{2t}$=$\frac{0.05200}{2×0.1}$=0.26m/s；
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D點(diǎn)時(shí)小車的即時(shí)速度：V_D=$\frac{CE}{2t}$=$\frac{0.12000-0.05200}{2×0.1}$=0.34m/s；
②小車的加速度a=$\frac{{v}_{D}-{v}_{B}}{2t}$=$\frac{0.34-0.26}{2×0.1}$=0.4m/s²．
故答案為：（1）天平；（2）B；（3）沒(méi)有滿足m＜＜M；沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；（4）①0.26；0.34；②0.4．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，注意實(shí)驗(yàn)的條件是：砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，此時(shí)才有繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．