Question

16．某同學設(shè)計了如圖甲所示的裝置來探究小車的加速度與所受合力的關(guān)系．將裝有力傳感器的小車放置于水平長木板上，緩慢向小桶中加入細砂，直到小車剛開始運動為止，記下傳感器的最大示數(shù)F₀，以此表示小車所受摩擦力的大小．再將小車放回原處并按住，繼續(xù)向小桶中加入細砂，記下傳感器的示數(shù)F₁．

（1）接通頻率為50Hz的交流電源，釋放小車，打出如圖乙所示的紙帶．從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，則小車加速度a=0.16m/s²．（保留兩位有效數(shù)字）
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實驗，記下小車加速運動時傳感器的示數(shù)F₂，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₂-F₀）的關(guān)系圖象，不計紙帶與計時器間的摩擦，圖丙圖象中正確的是B．

（3）同一次實驗中，小車加速運動時傳感器示數(shù)F₂與小車釋放前傳感器示數(shù)F₁的關(guān)系是F₂＜F₁（選填“＜”、“=”或“＞”）．
（4）關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是D．
A．小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠大于小桶和砂的總質(zhì)量
B．實驗中需要將長木板右端墊高
C．實驗中需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量
D．用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實驗，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₁-F₀）的關(guān)系圖象，由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖象應(yīng)該過原點；
（3）對小桶受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求解；
（4）在該實驗中力傳感器可以直接得出力的大小，實驗中不需要將長木板右端墊高，因為已經(jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)

解答 解：（1）由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，
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：a=$\frac{0.0368-0.0352}{0.01}$=0.16 m/s²，
（2）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實驗，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與合力F（F=F₁-F₀）的關(guān)系圖象．
由于已經(jīng)平衡摩擦力，所以圖象應(yīng)該過原點，一條傾斜的直線．故B正確，ACD錯誤；
故選：B．
（3）對小桶受力分析，設(shè)小桶重力為mg，
木板釋放前彈簧秤的示數(shù)F₁，所以F₁=mg，
設(shè)小車的重力為Mg，小車在加速運動時彈簧秤的示數(shù)F₂，
根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F₂=ma
所以F₁＞F₂，
（4）A、在該實驗中力傳感器可以直接得出力的大小，不需要使小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠大于小桶和砂的總質(zhì)量，故A錯誤；
B、實驗中不需要將長木板右端墊高，因為已經(jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，故B錯誤；
C、實驗中不需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量，只需要保證小車和傳感器的總質(zhì)量不變，故C錯誤；
D、用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)，故D正確；
故選：D．
故答案為：（1）0.16；（2）B；（3）＜；（4）D

點評 本題借助實驗考查了勻變速直線的規(guī)律以及推論的應(yīng)用，在平時練習中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，提高解決問題能力．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)當清楚．