Question

1．在探究“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力關(guān)系”中，給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)斜面（如圖所示）、小車、秒表、米尺．
（1）填入適當(dāng)?shù)墓�式或文字，完善以下�?shí)驗(yàn)步驟（不考慮摩擦力的影響）
①讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)A₁從靜止開始下滑至斜面底端A₂，記下所用的時(shí)間t
②用米尺測(cè)量A₁與A₂之間的距離x，則小車的加速度a=$\frac{2s}{{t}^{2}}$；
③用米尺測(cè)量A₁相對(duì)于A₂的高度h，設(shè)小車所受重力為mg，則小車所受的合外力F=mg$\frac{h}{s}$；
④改變斜面傾角（或填h的數(shù)值），重復(fù)上述測(cè)量；
⑤以h為橫坐標(biāo)，$\frac{1}{t^2}$為縱坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖，如能得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則可得到“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一結(jié)論．
（2）在探究如何消除上述實(shí)驗(yàn)中摩擦阻力影響的過(guò)程中，某同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是：
①調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑，測(cè)量此時(shí)A₁點(diǎn)相對(duì)于斜面底端A₂的高度h₀．
②進(jìn)行（1）中的各項(xiàng)測(cè)量
③計(jì)算與作圖時(shí)用（h-h₀）代替h．
試論述此方案是否可行，為什么？

Answer 1

分析 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出小車的加速度．
對(duì)小車在斜面上受力分析，利用幾何關(guān)系表示出小車受到的合外力．
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，根據(jù)改變斜面的傾角，去改變合外力的大�。�

解答 解：（1）②小車做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有s=$\frac{1}{2}$at²，
所以有：a=$\frac{2s}{{t}^{2}}$
③小車在斜面上受到豎直向下的重力、垂直接觸面的支持力，這兩個(gè)力在垂直斜面方向的合力為零，所以沿斜面方向的力為mgsinα，而斜面高度為h，
根據(jù)幾何關(guān)系有sinα=$\frac{h}{s}$，所以有小車受到的合外力為F=mg$\frac{h}{s}$．
因?yàn)橐�探究加速度與合外力的關(guān)系，應(yīng)該改變合外力的大小，而由上面可知，在質(zhì)量確定的情況下，合外力的大小與高度成正比，所以應(yīng)該改變高度h的數(shù)值重復(fù)實(shí)驗(yàn)．要改變h 的數(shù)值，實(shí)質(zhì)是改變斜面的傾角．
（2）當(dāng)改變斜面的傾角，小車所受摩擦力會(huì)發(fā)生改變，所以此方案不可行．
故答案為：（1）②$\frac{2s}{{t}^{2}}$； ③mg$\frac{h}{s}$； ④斜面傾角（或填h的數(shù)值）；（2）不可行，因?yàn)楫?dāng)改變斜面的傾角，小車所受摩擦力會(huì)發(fā)生改變．

點(diǎn)評(píng) 要清楚實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量是直接測(cè)量還是間接測(cè)量．通過(guò)物理規(guī)律可以把變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便更好研究和測(cè)量，難度適中．