Question

12．在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲安裝，準(zhǔn)備接通電源后開始做實(shí)驗(yàn)．

（1）圖中砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M，實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)�力的大小，試�?yàn)中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小于所受的合外力，先調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行，接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是B
A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動
B．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時器通電，輕推一下小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動
C．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推一下小車．觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動
D．當(dāng)改變小車的質(zhì)量時，需要重新平衡摩擦力
（2）實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量M和m的選取，才能認(rèn)為繩子的拉力約等于mg，以下最合理的一組是D
A．M=100g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
B．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
C．M=200g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
D．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
（3）圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出．量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為S_AB=4.22cm、S_BC=4.65cm、S_CD=5.08cm、S_DE=5.49cm．已知打點(diǎn)計(jì)時器的工作周期為T=0.02s，則打點(diǎn)計(jì)時器打下c點(diǎn)時的速度大小為：V_C=0.49m/s（結(jié)果保留2位有效數(shù)字），小車的加速度的符號表達(dá)式為：a=0.42�。ㄓ蒙厦娴姆�號表示）．
（4）在驗(yàn)證當(dāng)小車的質(zhì)量一定時，小車的加速度與合外力F的關(guān)系時，小華所在的實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖所示的a-F圖象，其原因可能是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力時斜面的傾角大��；圖線的斜率代表的物理意義是：$\frac{1}{M}$．

Answer 1

分析 （1）小車下滑時受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)平衡摩擦力；
（2）當(dāng)沙和沙桶總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量，即m＜＜M時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（3）該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測量很重要．
（4）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的兩個推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度

解答 解：（1）為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動，即平衡摩擦力．故B正確、AC錯誤．
（2）當(dāng)m＜＜M時，即當(dāng)沙和沙桶總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量，繩子的拉力近似等于沙和沙桶的總重力．因此最合理的一組是D．
（3）相鄰的兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出，相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)時間間隔為0.1s
由平均速度可求得瞬時速度；
則有：$\frac{4.65+5.08}{0.2}×1{0}^{-2}$=0.49m/s；
VC=利用勻變速直線運(yùn)動的推論△x=at²，
s_DE-s_AB=3a₁T²
s_EF-s_BC=3a₂T²
s_FG-s_CD=3a₃T²
a=$\frac{{{a}_{1}+a}_{2}{+a}_{3}}{3}$=0.42m/s²．
（4）在驗(yàn)證當(dāng)小車的質(zhì)量一定時，小車的加速度與合外力F的關(guān)系時，小華所在的實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖所示的a-F圖象，
其原因可能是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力時斜面的傾角大小；
根據(jù)F=Ma得a=$\frac{F}{\;M}$
所以圖線的斜率代表的物理意義是：小車總質(zhì)量的倒數(shù)$\frac{1}{M}$
故答案為：（1）B；（2）D；（3）0.49；0.42；（4）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力時斜面的傾角大小；$\frac{1}{M}$

點(diǎn)評 實(shí)驗(yàn)問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．實(shí)驗(yàn)中的第2題考查的是力學(xué)問題，把長木板的一端墊得過高，使得傾角偏大，會導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力減小等現(xiàn)象，這些我們都要從學(xué)過的力學(xué)知識中解決．
紙帶的處理是運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動的兩個推論去完成的．