Question

3．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(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）如圖2為實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s，距離如圖，單位是cm，小車(chē)的加速度是1.59m/s²．（結(jié)果保留兩位小數(shù)）
（2）以下措施正確的是BC（填入相應(yīng)的字母，多選少選均不得分）
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上
B．平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受到阻力
C．每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，后接通電源
（3）當(dāng)M與m的關(guān)系滿(mǎn)足M＞＞m時(shí)，才可認(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．
（4）一組同學(xué)在做加速度與質(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)．為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（5）如圖3，甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的a-F圖線，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量，運(yùn)用逐差法求出小車(chē)的加速度；
（2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)可以判定：
①、必須平衡小車(chē)受到的摩擦力，注意紙帶也要受到摩擦力．
②、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用必須遵從“先接后放”原則．
（3）在實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為m的重力等于滑塊所受的合力，所以m的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量．
（4）反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（5）圖中沒(méi)有拉力時(shí)就產(chǎn)生了加速度，說(shuō)明平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大．

解答 解：（1）根據(jù)△x=aT²，運(yùn)用逐差法得，a=$\frac{（{x}_{4}^{\;}+{x}_{5}^{\;}+{x}_{6}^{\;}）-（{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}+{x}_{3}^{\;}）}{（3T）_{\;}^{2}}$=$\frac{（40.65+29.90+20.75）-（2.80+7.20+13.15）}{0．{3}_{\;}^{2}}$×10^-2m/s²≈1.59m/s²；
（2）AB、平衡摩擦力實(shí)際上就是使小車(chē)所受重力的下滑分力與小車(chē)所受阻力相平衡，即mgsinθ=μmgcosθ，可見(jiàn)，平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)將重物系在小車(chē)上；
因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受到阻力，故平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好．故A錯(cuò)誤、B正確．
C、每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C正確；
D、實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)要求開(kāi)始小車(chē)要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故D錯(cuò)誤；
故選：BC
（3）本實(shí)驗(yàn)在忽略m失重帶來(lái)的影響時(shí)，即滿(mǎn)足小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量（M＞＞m）的條件下，才能用鉤碼重力代替小車(chē)所受的合力；
（4）：（1）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；但a=$\frac{F}{M}$，故a與$\frac{1}{M}$成正比，而正比例函數(shù)圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，故應(yīng)作a-$\frac{1}{M}$圖象．
（5）圖中沒(méi)有拉力時(shí)就產(chǎn)生了加速度，說(shuō)明平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大．
故答案為：（1）1.59       （2）BC         （3）M＞＞m          （4）$\frac{1}{M}$          （5）平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大

點(diǎn)評(píng) （1）解決本題的關(guān)鍵理解實(shí)驗(yàn)的原理，知道當(dāng)m的質(zhì)量遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量，m的重力可以認(rèn)為等于M所受的合力．
（2）解決本題的關(guān)鍵掌握勻變速直線運(yùn)動(dòng)推論的運(yùn)用，會(huì)運(yùn)用逐差法求解加速度；
（3）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，尤其是理解平衡摩擦力和M＞＞m的操作和要求的含義．只要掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類(lèi)題目，就能舉一反三，所以要注意基本原理的學(xué)習(xí)．