Question

20．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)使用了如圖甲所示的裝置．請根據(jù)實(shí)驗(yàn)思路回答下列問題：

（1）通過實(shí)驗(yàn)得到如圖乙所示的a-F圖象，造成這一結(jié)果的原因是：在平衡摩擦力時(shí)木板與水平桌面的夾角偏大（填“偏大”或“偏小”）．
（2）該同學(xué)得到如圖丙所示的紙帶．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz．A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出．由此可算出運(yùn)動(dòng)過程中小車的加速度為0.20m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（3）關(guān)于這套實(shí)驗(yàn)裝置，下列說法正確的是ABC
A．用該套實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，實(shí)驗(yàn)中除了必須墊高長木板以平衡摩擦力外，還必須保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量
B．用該套實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，若該同學(xué)能找到用以測量細(xì)線張力的力傳感器，實(shí)驗(yàn)中不必保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，但仍然必須墊高長木板以平衡摩擦力
C．用該套實(shí)驗(yàn)裝置可以以滑塊為研究對象驗(yàn)證動(dòng)能定理，實(shí)驗(yàn)中必須墊高長木板以平衡摩擦力，同時(shí)必須滿足小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量
D．用該套實(shí)驗(yàn)裝置可以以滑塊與小砂桶組成的系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)中除了必須墊高木板以平衡摩擦力，同時(shí)必須保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）考查實(shí)驗(yàn)時(shí)平衡摩擦力時(shí)出現(xiàn)的誤差問題，不是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，就是平衡摩擦力時(shí)過大．從圖上分析兩圖各是什么原因即可．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出C點(diǎn)的瞬時(shí)速度，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律△x=at²可以求出加速度的大�。�
（3）驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)應(yīng)平衡摩擦力且沙桶質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量；
合力做功等于物體動(dòng)能的變化量，根據(jù)動(dòng)能定理分析答題；
在只有重力或只有彈力做功的情況下系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

解答 解：（1）由圖乙所示圖象可知，a-F圖象在a軸上有截距，即當(dāng)拉力為零時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生加速度，小車所受的合力大于沙桶的重力，這是由于平衡摩擦力時(shí)木板傾角偏大，平衡摩擦力過大造成的．
（2）兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：t=0.02×5=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at²可知，加速度為：a=$\frac{DE-AB+EF-BC+FG-CD}{9{t}^{2}}$=$\frac{DG-AD}{9{t}^{2}}$=$\frac{0.0650-0.0260-（0.0260-0.0050）}{9×0．{1}^{2}}$=0.20m/s²．
（3）A、驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)需要平衡摩擦力，認(rèn)為滑塊受到的拉力等于沙桶的重力，因此用該套實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，實(shí)驗(yàn)中除了必須墊高長木板以平衡摩擦力外，還必須保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，故A正確；
B、驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)需要平衡摩擦力，如果能測出小車受到的拉力就不需要滿足沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，因此用該套實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，若該同學(xué)能找到用以測量細(xì)線張力的力傳感器，實(shí)驗(yàn)中不必保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，但仍然必須墊高長木板以平衡摩擦力，故B正確；
C、平衡摩擦力且滿足小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量時(shí)，滑塊受到的合力等于沙桶的重力，因此用該套實(shí)驗(yàn)裝置可以以滑塊為研究對象驗(yàn)證動(dòng)能定理，實(shí)驗(yàn)中必須墊高長木板以平衡摩擦力，同時(shí)必須滿足小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，故C正確；
D、當(dāng)只有重力或只有彈力做功時(shí)系統(tǒng)機(jī)械能守恒，墊高木板以平衡摩擦力同時(shí)保證小沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量時(shí)，滑塊與小砂桶組成的系統(tǒng)不滿足只有重力對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤；
故答案為：（1）偏大；（2）0.20；（3）ABC．

點(diǎn)評 教科書上的實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
對于實(shí)驗(yàn)我們要清楚每一項(xiàng)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．