Question

7．某學生在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，按實驗要求裝置好器材后，應(yīng)按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的安排不盡合理
（1）請將合理的先后順序以字母代號排列填寫在后面的橫線上DCEABF或DCEBAF
A．保持小桶里的沙子的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復(fù)幾次
B．保持小車質(zhì)量不變，改變小桶和沙子的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次
C．用天平測出小車和小桶的質(zhì)量
D．平衡摩擦力，使小車近似做勻速直線運動
E．掛上小桶，放進沙子，接通打點計時器的電源，放開小車，在紙帶上打下一些列的點
F．根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，分別畫出a-F和a-$\frac{1}{m}$的圖象
（2）上述實驗中砂和桶的總質(zhì)量m和車與砝碼的總質(zhì)量M間必須滿足的條件是m＜＜M，實驗中打出的紙帶如圖1所示，相鄰計數(shù)點間的時間是0.1s，圖中長度單位是cm，由此可以算出小車運動的加速度是0.46m/s²

（3）若此次實驗測的小車的加速度a和拉力F，如表所示：

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50
a/（m•s-2）	0.10	0.21	0.29	0.40

①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖2中的方格紙上做a-F的圖象
②圖線在F軸上的截距的物理意義是小車受到的摩擦力為0.1N
③圖線斜率的物理意義是小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)．

Answer 1

分析 （1）本實驗要加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，首先要測出小車的質(zhì)量，再平衡摩擦力，采用控制變量法，分別探究加速度與力的關(guān)系，以及加速度與質(zhì)量的關(guān)系，運用作圖法分析a與F的關(guān)系和a與m的關(guān)系．
（2）實驗中認為用沙和桶的總重力充當小車的合力，據(jù)此分析二者質(zhì)量該滿足的關(guān)系，根據(jù)勻變速直線運動的推論計算小車運動的加速度．
（3）①通過描點法作出變量之間的圖象關(guān)系；②通過圖象分析F軸上的截距，及加速度為零時，物體所受的外力，通過受力分析得外力此時為摩擦力．③通過圖象得斜率為質(zhì)量的倒數(shù)．

解答 解：（1）首先為使細繩對小車的拉力等于小車的合外力，應(yīng)平衡摩擦力；用天平測出小車和小桶的質(zhì)量；再保持重物（砝碼及砝碼盤）的質(zhì)量不變，測出加速度，保持小車質(zhì)量不變，改變重物（砝碼及砝碼盤）的質(zhì)量，測出加速度，最后分別畫出a-F和a-$\frac{1}{m}$ 的圖線，研究a與F的關(guān)系和a與m的關(guān)系．
故合理的順序是：DCEABF或DCEBAF．
（2）認為沙和沙桶的重力為拉小車運動的合力，故應(yīng)該滿足沙和沙桶總質(zhì)量m遠小于小車及其上砝碼總質(zhì)量M，即m＜＜M；
根據(jù)勻變速直線的推論：△s=aT²
a=$\frac{（0.0262-0.0124）}{3{T}^{2}}$=0.46m/s²
（3）：①利用描點法得：
；
②通過圖象分析F軸上的截距，及加速度為零時，物體的合外力為零，即物體所受的外力和摩擦力平衡，即此時的外力等于小車所受阻力的大小，即f=0.1N．
③圖象得斜率為質(zhì)量的倒數(shù)，對小車和砝碼整體受力分析得：$\frac{△a}{△F}$=$\frac{1}{m+M}$，故斜率為小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)．
故答案為：（1）DCEABF或DCEBAF；（2）m＜＜M，0.46；（3）①②小車受到的摩擦力為0.1N；③小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握紙帶的處理，會運用勻變速運動的推論求解瞬時速度和加速度，計算時注意單位的統(tǒng)一．
在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠大于勾碼質(zhì)量和拉力沿著平行于木板的方向的三重條件下，才能用勾碼重力代替小車所受的合力．
實驗問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(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驗中應(yīng)當清楚．