Question

18．在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車(chē)的加速度可由小車(chē)后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出．
（1）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M＞＞m時(shí)，才可以認(rèn)  為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力．
（2）一組同學(xué)在做探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)   時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加 速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地觀測(cè)加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（3）乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的a-$\frac{1}{M}$圖線如圖2所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？．
（4）圖3為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，圖中的點(diǎn)為實(shí)際打出來(lái)的點(diǎn)，已知所用交流電的頻率為50Hz，則小車(chē)加速度為4.4m/s²（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
（5）某同學(xué)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得小車(chē)的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示．

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/（m•s-2）	0.11	0.19	0.29	0.40	0.51

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖4上作出a-F圖象．
（6）實(shí)驗(yàn)中所得a-F圖象不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，原因是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼與盤(pán)的總質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車(chē)受到的拉力等于砝碼及盤(pán)的重力．
（2）（3）應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達(dá)式，然后答題．
（4）應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求出小車(chē)的加速度．
（5）應(yīng)用描點(diǎn)法作圖作出圖象．
（6）實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，根據(jù)圖示圖象分析圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因．

解答 解：（1）當(dāng)小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼及砝碼盤(pán)的質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車(chē)所受拉力等于砝碼及砝碼盤(pán)的重力，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)滿足條件：M＞＞m．
（2）由牛頓第二定律得：a=$\frac{1}{M}$F，為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)作出a-$\frac{1}{M}$圖象．
（3）由牛頓第二定律得：a=$\frac{1}{M}$F，圖象的斜率：k=F，由圖示圖象可知，兩圖象斜率不同，說(shuō)明兩小車(chē)所受拉力不同．
（4）由圖示紙帶可知：x₁=5.29cm=0.0529m，x₄=6.71cm=0.0671m，
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{4}-{x}_{1}}{3{t}^{2}}$=$\frac{0.0671-0.0529}{2×（2×0.02）^{2}}$≈4.4m/s²；
（5）根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后作出圖象如圖所示：
（6）由圖示圖象可知，圖象不過(guò)原點(diǎn)，圖象在F軸上有截距，說(shuō)明小車(chē)受到的合力小于拉力，可能是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
故答案為：（1）M＞＞m；（2）$\frac{1}{M}$；（3）小車(chē)受到的拉力不同；（4）4.4；（5）圖象如圖所示；（6）沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題，知道實(shí)驗(yàn)原理、掌握基礎(chǔ)知識(shí)即可解題，平時(shí)要注意基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用；應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是常用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，要掌握描點(diǎn)法作圖的方法．