Question

10．某同學(xué)做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗．如圖1所示是該同學(xué)探究小車加速度與力的關(guān)系的實驗裝置，他將光電門固定在水平軌道上的B點，用不同重物通過細(xì)線拉同一小車，每次小車都從同一位置A由靜止釋放．

（1）若用游標(biāo)卡尺測出光電門遮光條的寬度d如圖2所示，則d=1.415 cm；實驗時將小車從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t，則小車經(jīng)過光電門時的速度為$\fracfvn05nl{△t}$（用字母表示）．
（2）實驗中可近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力與重物重力大小相等，則重物的質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M間應(yīng)滿足的關(guān)系為m＜＜M；
（3）測出多組重物的質(zhì)量m和對應(yīng)遮光條通過光電門的時間△t，并算出相應(yīng)小車經(jīng)過光電門時的速度v，通過描點作出線性圖象，研究小車加速度與力的關(guān)系．處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出v²-m（選填“v^-1-m”或“v²-m”）圖象；
（4）有關(guān)本實驗的下列說法，正確的是D．
A．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動，此時細(xì)線對重物的拉力和摩擦力恰好平衡
B．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，當(dāng)每次改變重物的質(zhì)量時，都需要重新調(diào)節(jié)木板的傾角
C．如果在實驗過程中，木板始終保持水平，那么該同學(xué)在（3）中作出的圖象將不是一條直線了
D．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，這是用小車受到的重力沿斜面方向的分力平衡了小車受到的摩擦力的結(jié)果．

Answer 1

分析 （1）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀，由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度．根據(jù)勻變速直線運動的速度位移公式求出滑塊的加速度．
（2）為使繩子的拉力等于重物的重力，M應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m；
（3）由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}$s，可知畫出v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．
（4）由圖可知開始有外力時，而小車的加速度為零，說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足

解答 解：（1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為14mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×3mm=0.15mm，所以最終讀數(shù)為：14mm+0.15mm=14.15mm=1.415cm；
數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時滑塊的瞬間速度為：v=$\frachnaczby{△t}$；
（2）為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板的左端適當(dāng)墊高，
以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：對m：mg-F_拉=ma      對M：F_拉=Ma       解得：F_拉=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
當(dāng)M＞＞m時，即當(dāng)重物重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于重物的總重力．
（3）由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}$s，
由題意可知，M、s不變，畫出v²-m圖象，若圖象為過原點的直線，則說明外力和加速度成正比，故畫出v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．
（4）A、平衡摩擦力時，將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，此時細(xì)線對重物的拉力和摩擦力恰好平衡，故A錯誤；
B、平衡摩擦力后當(dāng)每次改變重物的質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾角，故B錯誤；
C、如果在實驗過程中，木板始終保持水平，那么該同學(xué)作出的圖象將仍是一條直線，故C錯誤；
D、將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，這是用小車受到的重力沿斜面方向的分力平衡了小車受到的摩擦力的結(jié)果，故D正確；故選D；
故答案為：（1）1.415；$\fracza9xeq5{△t}$； （2）m＜＜M；  （3）v²-m；（4）D．

點評 本題考查了螺旋測微器的讀數(shù)、實驗注意事項、是由于數(shù)據(jù)處理，要掌握常用器材的使用及讀數(shù)方法，這是物理實驗的基礎(chǔ)．解題時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項．