Question

5．某同學用如圖甲所示的實驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”．

（1）實驗時，必須先平衡小車與木板之間的摩擦力．該同學是這樣操作的：如圖乙，將小車靜止地放在水平長木板上，并連著已穿過打點計時器的紙帶，調(diào)整木板右端的高度，接通電源，用手輕撥小車，讓打點計時器在紙帶上打出一系列點跡均勻的點，說明小車在做勻速運動運動．
（2）如果該同學先如（1）中的操作，平衡了摩擦力．以砂和砂桶的重力為F，在小車質(zhì)量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質(zhì)量最終達到$\frac{1}{3}M$，測小車加速度a，作a-F的圖象．如圖丙圖線正確的是C．
（3）設(shè)紙帶上計數(shù)點的間距為S₁和S₂．如圖丁為用米尺測量某一紙帶上的S₁、S₂的情況，從圖中可讀出S₁=3.10cm，S₂=5.50cm，已知打點計時器的頻率為50Hz，由此求得加速度的大小a=2.40m/s²．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力時，調(diào)整木板右端的高度，接通電源，用手輕撥小車，當小車帶動紙帶勻速下滑時說明平衡摩擦力；
（2）正確的a-F圖象應該是過原點的直線，不滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量時圖象發(fā)生彎曲；
（3）根據(jù)勻變速直線運動的特點，利用逐差法可以求出其加速度的大小．

解答 解：（1）平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，不要掛鉤碼，將長木板的右端墊高至合適位置，使小車重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若小車做勻速直線運動，此時打點計時器在紙帶上打出一系列點跡均勻的點，
（2）如果這位同學先如（1）中的操作，已經(jīng)平衡摩擦力，則剛開始a-F的圖象是一條過原點的直線，不斷往桶里加砂，砂的質(zhì)量最終達到$\frac{1}{3}M$，不能滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量，此時圖象發(fā)生彎曲，故C正確；
故選：C．
（3）根據(jù)圖象可知，S₂=5.50cm，打點計時器的頻率為50Hz，每5個點取一個計數(shù)點，則T=0.1s，加速度的大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{（5.50-3.10）×1{0}^{-2}}{{0.1}^{2}}$=2.40m/s²
故答案為：
（1）點跡均勻；    勻速運動；
（2）C；
（3）5.50； 2.40

點評 明確實驗原理以及具體的操作細節(jié)，加強動手實驗，同時加強基本運動學規(guī)律在物理實驗中的應用．
探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗時，要平衡小車受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不夠、或過平衡摩擦力，小車受到的合力不等于鉤碼的重力．