Question

9．某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的裝置來研究小車的加速度與所受合力的關(guān)系．將裝有力傳感器的小車放置于水平長木板上，緩慢向小桶中加入細(xì)砂，直到小車剛開始運(yùn)動為止，記下傳感器的最大示數(shù)F₀．再將小車放回原處并按住，繼續(xù)向小桶中加入細(xì)砂，記下傳感器的示數(shù)F₁．釋放小車，記錄小車運(yùn)動時傳感器的示數(shù)F₂

（1）接通頻率為50Hz的交流電源，釋放小車，打出如圖乙所示的紙帶．從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離，則小車的加速度a=0.16m/s²．
（2）同一次實(shí)驗中，F(xiàn)₁＞F₂（選填“＜”、“=”或“＞”）．
（3）改變小桶中砂的重力，多次重復(fù)實(shí)驗，獲得多組數(shù)據(jù)，描繪小車加速度a與F的關(guān)系如圖1．不計紙帶與計時器間的摩擦．圖象中F是實(shí)驗中測得的C．
A．F₁   B．F₂   C．F₁-F₀  D．F₂-F₀
（4）關(guān)于該實(shí)驗，下列說法中正確的是D．
A．小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量
B．實(shí)驗中需要將長木板右端墊高
C．實(shí)驗中需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量
D．用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗數(shù)據(jù)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小；
（2）對小桶受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求解；
（3）由于已經(jīng)平衡摩擦力，圖象過原點(diǎn)的傾斜直線，則F表示合力；
（4）在該實(shí)驗中力傳感器可以直接得出力的大小，實(shí)驗中不需要將長木板右端墊高，因為已經(jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗數(shù)據(jù)．

解答 解：（1）從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，所以相鄰的計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{0.0368-0.0352}{0.01}$=0.16 m/s²，
（2）對小桶受力分析，設(shè)小桶重力為mg，
木板釋放前力傳感器的示數(shù)F₁，所以F₁=mg，
設(shè)小車的重力為Mg，小車在加速運(yùn)動時力傳感器的示數(shù)F₂，
根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F₂=ma
所以F₁＞F₂，
（3）圖象是過原點(diǎn)的一條傾斜的直線，已經(jīng)平衡摩擦力，所以F應(yīng)該表示小車受到的合力，即F=F₁-F₀，故C正確；
故選：C
（4）A、在該實(shí)驗中力傳感器可以直接得出力的大小，不需要使小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量，故A錯誤；
B、實(shí)驗中不需要將長木板右端墊高，因為已經(jīng)測量了小車所受摩擦力的大小，故B錯誤；
C、實(shí)驗中不需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量，只需要保證小車和傳感器的總質(zhì)量不變，故C錯誤；
D、用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，可更方便地獲取多組實(shí)驗數(shù)據(jù)，故D正確；
故選：D．
故答案為：（1）0.16；（2）＞；（3）C；（4）D

點(diǎn)評 本題借助實(shí)驗考查了勻變速直線的規(guī)律以及推論的應(yīng)用，在平時練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，提高解決問題能力．解決實(shí)驗問題首先要掌握該實(shí)驗原理，了解實(shí)驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗中應(yīng)當(dāng)清楚．