Question

3．利用以下裝置可以完成力學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn)

（1）以下說法中正確的是CD
A．用此裝置“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí)，必須設(shè)法消除小車和木板間的摩擦阻力的影響
B．用此裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，每次改變鉤碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，需要重新平衡摩擦力
C．用此裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，為保證拉力近似等于沙桶（含沙）的重力，必須滿足m＜＜M
D．用此裝置“探究功和速度變化關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)線與木板平行
（2）某同學(xué)在進(jìn)行“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)歷了以下過程：

a、在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室有兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，如圖甲所示，該同學(xué)決定使用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)電源的要求是A
A．交流220V  B．直流220V   C．交流4～6V  D．直流4～6V
b、該同學(xué)欲通過圖乙所示裝置打出紙帶（圖丙）來判斷是否已經(jīng)平衡摩擦力．根據(jù)紙帶的點(diǎn)跡可以判斷，為進(jìn)一步平衡摩擦力，圖乙中墊塊應(yīng)該向左（選填“左”或“右”）移一些．
c、在利用此裝置做實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖丁．從比較清晰的點(diǎn)起，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離（單位cm）．則打下計(jì)數(shù)點(diǎn)3時(shí)小車的瞬時(shí)速度為0.38m/s，小車的加速度為0.15m/s²．（以上兩空均保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）利用圖示小車紙帶裝置可以完成很多實(shí)驗(yàn)，在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)不需要平衡摩擦力，“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí)，細(xì)線必須與木板平行以保持加速度不變；在探究“小車的加速度a與力F的關(guān)系”時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度a的表達(dá)式，不難得出當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量時(shí)，可以用鉤碼的重力代替繩子的拉力；
（2）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上的某點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大�。�

解答 解：（1）A、此裝置可以用來研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，但不需要平衡摩擦力，故A錯(cuò)誤；
B、平衡摩擦力的方法是將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面分力補(bǔ)償小車運(yùn)動(dòng)中所受阻力的影響，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立與質(zhì)量無關(guān)，故改變質(zhì)量后不需重新進(jìn)行平衡．故B錯(cuò)誤；
C、在利用該裝置來“探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，設(shè)小車的質(zhì)量為M，沙桶（含沙）的總質(zhì)量為m，設(shè)繩子上拉力為F，
以整體為研究對(duì)象有：mg=（m+M）a
解得：$\frac{mg}{M+m}$
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力為：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于沙桶（含沙）的重力，故C正確．
D、探究“功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)線與滑軌平行．故D正確；
故選：CD
（2）a、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220V交流電源，故A正確．
故選：A
b、根據(jù)紙帶上點(diǎn)的分布得到小車做減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向沿斜面向上，即摩擦力大于重力沿斜面向下的分力，所以圖乙中墊塊應(yīng)該向左移一些，增大傾角．
c、每隔五個(gè)打印點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，所以2，3兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，有：
打點(diǎn)3時(shí)小車的速度為：v₃=$\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}=\frac{0.0368+0.0383}{0.2}$=0.38m/s，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=aT²結(jié)合作差法得：a=$\frac{{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{0.0383+0.0399-0.0368-0.0353}{0.04}$=0.15m/s²．
故答案為：（1）CD；（2）a、A；b、左；c、0.38，0.15．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(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)，然后熟練應(yīng)用物理規(guī)律來解決實(shí)驗(yàn)問題，要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問題的能力，在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用．