Question

6．某實驗小組利用小車、一端帶有滑輪的導(dǎo)軌、打點計時器和幾個已知質(zhì)量的小鉤碼探究加速度與力的關(guān)系，實驗裝置如圖甲所示．

（1）圖乙是實驗中得到的一條紙帶，圖中打相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可得小車的加速度a為0.195m/s²；
（2）該實驗小組以測得的加速度a為縱軸，所掛鉤碼的總重力F為橫軸，作出的圖象如丙圖中圖線1所示，發(fā)現(xiàn)圖象不過原點，懷疑在測量力時不準(zhǔn)確，他們將實驗進行了改裝，將一個力傳感器安裝在小車上，直接測量細線拉小車的力F′，作a-F′圖如丙圖中圖線2所示，則圖象不過原點的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，對于圖象上相同的力，用傳感器測得的加速度偏大，其原因是鉤碼的質(zhì)量未遠小于小車的質(zhì)量；
（3）該實驗小組在正確操作實驗后，再以測得的加速度a為縱軸，所掛鉤碼的總重力F和傳感器測得的F′為橫軸作圖象，要使兩個圖線基本重合，請你設(shè)計一個操作方案．鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量，運用逐差法求出小車的加速度．
（2、3）根據(jù)F不等于零，加速度仍然為零，分析圖象不過原點的原因．當(dāng)鉤碼的質(zhì)量未遠遠小于小車質(zhì)量時，鉤碼的重力大于繩子的拉力，對于圖象上相同的力，測得的加速度不同，傳感器測得的加速度偏大．

解答 解：（1）根據(jù)△x=aT²，運用逐差法得：a=$\frac{{x}_{BD}-{x}_{OB}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（4.04-1.63-1.63）×1{0}^{-2}}{4×0.01}$=0.195m/s²．
（2）由圖線可知，F(xiàn)不等于零時，a仍然為零，可知圖線不過原點的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
力傳感器可以直接得出繩子拉力的大小，用鉤碼的重力表示繩子的拉力，必須滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，否則繩子的拉力實際上小于鉤碼的重力．所以對于圖線上相同的力，用傳感器測得的加速度偏大，原因是鉤碼的質(zhì)量未遠小于小車的質(zhì)量．
（3）要使兩個圖線基本重合，只要滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量即可．
故答案為：（1）0.195，（2）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，鉤碼的質(zhì)量未遠小于小車的質(zhì)量，（3）鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

點評 掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度，關(guān)鍵是勻變速直線運動推論的運用．在該實驗中，知道當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠遠小于小車質(zhì)量時，鉤碼的重力才能近似等于小車的合力．