Question

18．在《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》實驗中采用如圖1示數(shù)的裝置．

（1）本實驗應(yīng)用的實驗方法是C
A．假設(shè)法    B．理想實驗法     C．控制變量法    D．等效替代法
（2）下列說法中正確的是BD
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細線通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力
C．實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源
D．在每次實驗中，如果認為繩子對小車的拉力等于盤及盤中的砝碼的總重力，應(yīng)使小車和砝碼的質(zhì)量遠大于盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量
（3）如圖2所示是某一次打點計時器打出的一條記錄小車運動的紙帶．取計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G．紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，用刻度尺測量出各相鄰計數(shù)點間的距離分別為AB=1.50cm，BC=3.88cm，CD=6.26cm，DE=8.67cm，EF=11.08cm，F(xiàn)G=13.49cm，則小車運動的加速度大小a=2.40m/s²，打紙帶上E點時小車的瞬時速度大小v_E=0.99m/s．（結(jié)果均保留兩位小數(shù)）．
（4）某同學(xué)測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：（小車質(zhì)量m保持不變）

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/m•s-2	0.30	0.40	0.48	0.60	0.72

請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在如圖3所示的坐標(biāo)圖上作出a-F圖象；

（5）圖象不過原點的原因可能是平衡摩擦過度或木板一端墊得過高．

Answer 1

分析 （1）由于該實驗涉及的物理量較多，因此該實驗采用的是控制變量法研究加速度、質(zhì)量、合力三者之間的關(guān)系；
（2）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；
（3）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上E點時小車的瞬時速度大小；
（4）根據(jù)描點法作出圖象；
（5）實驗時應(yīng)平衡摩擦力，沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，a-F圖象在F軸上有截距；平衡摩擦力過度，在a-F圖象的a軸上有截距．

解答 解：（1）該實驗是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運用控制變量法，故C正確．
故選：C．
（2）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，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、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B正確．
C、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．故C錯誤．
D、在每次實驗中，如果認為繩子對小車的拉力等于盤及盤中的砝碼的總重力，應(yīng)使小車和砝碼的質(zhì)量遠大于盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量．故D正確．
故選：BD
（3）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可得：
設(shè)A到B之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，得：
x₄-x₁=3a₁T² 
x₅-x₂=3a₂T² 
x₆-x₃=3a₃T² 
為了更加準確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值，
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）代入實驗數(shù)據(jù)解得：a=2.40m/s²，
根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上E點時小車的瞬時速度大�。�
v_E=$\frac{{x}_{DF}}{2T}=\frac{0.0867+0.1108}{0.2}=0.99m/s$；
（4）根據(jù)描點法作出圖象，如圖所示：
（5）由圖象可知，a-F圖象在a軸上有截距，這是由于平衡摩擦力過度或木板一端墊得過高造成的．
故答案為：（1）C；（2）BD；（3）2.40，0.99；（4）如圖所示；（5）平衡摩擦過度或木板一端墊得過高

點評 在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎(chǔ)物理知識在實驗中的應(yīng)用，加強解決實驗問題的能力．