Question

15．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，采用圖1所示的裝置．
（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法是A
 A．控制變量法  B． 假設(shè)法   C． 理想實(shí)驗(yàn)法
（2）下列說(shuō)法中正確的是CD．
A．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)改變拉力的大小
B．在探究加速度與外力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)該改變小車的質(zhì)量
C．在探究加速度a與質(zhì)量m關(guān)系時(shí)，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a-$\frac{1}{m}$圖象
D．當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小
（3）某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將實(shí)驗(yàn)器材組裝成如圖所示．該裝置中幾處錯(cuò)誤或不妥之處，請(qǐng)你指出其中兩處：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池，應(yīng)使用交流電源；②沒(méi)有平衡摩擦力．
（4）改正實(shí)驗(yàn)裝置后，該同學(xué)順利地完成了實(shí)驗(yàn)．由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到表示小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶，紙帶上相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.10s，其中x₁=7.05cm、x₂=7.68cm、x₃=8.33cm、x₄=8.95cm、x₅=9.61cm、x₆=10.26cm，則A點(diǎn)處瞬時(shí)速度的大小是0.86m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為$a=\frac{（{x}_{6}+{x}_{5}+{x}_{4}）-（{x}_{3}+{x}_{2}+{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$，加速度的大小是0.64m/s²．（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（5）在水平面上用水平力F拉物體從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到4m/s時(shí)撤去F，物體的水平面上滑行直到靜止，物體的速度圖象如圖3所示，物體加速時(shí)加速度大小是2m/s²，減速時(shí)加速度大小是0.67m/s²，拉力F與摩擦力f的之比F：f=4：1．

Answer 1

分析 （1）由于該實(shí)驗(yàn)涉及的物理量較多，因此該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究加速度、質(zhì)量、合力三者之間的關(guān)系；
（2）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)；
（3）由實(shí)驗(yàn)原理可知：
①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池，應(yīng)使用交流電源；
②實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡小車的摩擦力；
③小車初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，應(yīng)在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置開(kāi)始釋放；
（4）紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度．
（5）由圖象可以求得物體的加速度，由牛頓第二定律可以求得拉力和摩擦力的比值．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運(yùn)用控制變量法，故BC錯(cuò)誤，A正確．
故選A．
（2）A、該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，即保持一個(gè)量不變，研究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持拉力的大小不變，故A錯(cuò)誤；
B、在探究加速度與外力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量不變，故B錯(cuò)誤；
C、要直觀的反映兩個(gè)量之間的關(guān)系，可以通過(guò)作圖來(lái)解決．但是只有作出一條直線，才可以直觀的反映兩個(gè)變量之間的關(guān)系．在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a-$\frac{1}{m}$圖象，故C正確；
D、以整體為研究對(duì)象有mg=（m+M）a
解得a=$\frac{mg}{M+m}$，
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力F=Ma=$\frac{M}{M+m}mg$，
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力，故D正確；
故選：CD
（3）不妥之處有以下三點(diǎn)：
①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池，應(yīng)使用交流電源；
②實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡小車的摩擦力；
③小車初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)；
（4）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得：
v_A=$\frac{{x}_{3}+{x}_{4}}{2T}$=0.86m/s．
由于相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移之差不等，故采用逐差法求解加速度．
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：s₄-s₁=3a₁T² 
s₅-s₂=3a₂T² 
 s₆-s₃=3a₃T² 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)三個(gè)加速度取平均值
得：a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）
小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為a=$\frac{（{x}_{6}+{x}_{5}+{x}_{4}）-（{x}_{3}+{x}_{2}+{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$
代入數(shù)據(jù)得a=0.64m/s²．
（5）根據(jù)圖象的斜率表示加速度，可得加速時(shí)物體的加速度a₁=2m/s²，減速時(shí)的加速度a₂=$\frac{2}{3}$=0.67m/s²，
由牛頓第二定律可得，
加速時(shí) F-F_f=ma₁，
減速時(shí) F_f=ma₂，
解得F：F_f=4：1
故答案為：
（1）A  （2）CD  （3）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池，應(yīng)使用交流電源；沒(méi)有平衡摩擦力 （4）0.86；a=$\frac{{（{x_6}+{x_5}+{x_4}）-（{x_3}+{x_2}+{x_1}）}}{{9{T^2}}}$；  0.64
（5）2；0.67；4：1

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，然后熟練應(yīng)用物理規(guī)律來(lái)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題．