Question

3．某物理課外小組利用圖（a）中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系．圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過(guò)滑輪，一端與放在木板上的小滑車(chē)相連，另一端可懸掛鉤碼．本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N=5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg．實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將5個(gè)鉤碼全部放入小車(chē)中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物快，使小車(chē)（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑．
（2）將n（依次取n=1，2，3，4，5）個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個(gè)鉤碼仍留在小車(chē)內(nèi)；用手按住小車(chē)并使輕繩與木板平行．釋放小車(chē)，同時(shí)用傳感器記錄小車(chē)在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a．
（3）對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見(jiàn)下表．n=2時(shí)的s-t圖象如圖（b）所示；由圖（b）求出此時(shí)小車(chē)的加速度（保留2位有效數(shù)字），將結(jié)果填入下表．

n	1	2	3	4	5
a/m•s-2	0.20		0.58	0.78	1.00

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖（c）中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖象．從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比．
（5）利用a-n圖象求得小車(chē)（空載）的質(zhì)量為0.45kg（保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g=9.8m•s^-2）．
（6）若以“保持木板水平”來(lái)代替步驟（1），下列說(shuō)法正確的是BC（填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào)）
A．a(chǎn)-n圖線不再是直線
B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過(guò)原點(diǎn)
C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大．

Answer 1

分析 （3）根據(jù)x-t圖象的性質(zhì)可明確各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位移，根據(jù)位移公式可求得加速度；
（4）將點(diǎn)（2，0.39）作出，并用直線將各點(diǎn)連接即可得出圖象；
（5）找出圖象上的點(diǎn)，根據(jù)圖象的性質(zhì)以及牛頓第二定律列式，即可求出小車(chē)的質(zhì)量；
（6）對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，明確摩擦力帶來(lái)的影響；根據(jù)牛頓第二定律可明確圖象的變化情況．

解答 解：（3）因?yàn)樾≤?chē)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故將（2，0.78）代入$s=\frac{1}{2}a{t}_{\;}^{2}$
代入數(shù)據(jù)：$0.78=\frac{1}{2}a×{2}_{\;}^{2}$
可得：$a=0.39m/{s}_{\;}^{2}$
（4）根據(jù)描點(diǎn)法可得如圖所示圖線

（5）根據(jù)牛頓第二定律可得：
nmg=[（5-n）m+M]a，
代入數(shù)據(jù)得：m=0.010 kg，
n=1、2、3、4、5，以及相應(yīng)的加速度求可得M=0.45kg．
當(dāng)n=1時(shí)，加速度為0.20m/s²，由牛頓第二定律可知：
1×0.01×9.8=（4×0.01+M）×0.20，
解得：M=0.45kg；
（6）因?yàn)槿绻�不平衡摩擦力，則滿足F-f=ma的形式，故直線不過(guò)原點(diǎn)，但仍是直線，A錯(cuò)誤，B正確；隨著n的增大，小車(chē)的總質(zhì)量在減小，故直線的斜率變大，故C正確．
故答案為：（3）0.39      （4）圖象如上圖   （5）0.45     （6）BC

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，要求能明確實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)真分析各步驟，從而明確實(shí)驗(yàn)方法；同時(shí)注意掌握?qǐng)D象的性質(zhì)，能根據(jù)圖象進(jìn)行分析，明確對(duì)應(yīng)規(guī)律的正確應(yīng)用．