Question

18．2013年6月20日上午十點(diǎn)，“神舟七號”航天員王亞平在太空授課過程中，解釋太空測質(zhì)量的原理時應(yīng)用了牛頓第二定律，某同學(xué)受到啟發(fā)，想利用“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置測量小車質(zhì)量．如圖1所示為實驗裝置圖，小車通過紙帶與電火花打點(diǎn)計時器相連．

（1）下列說法正確的是BC
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上
B．牽引小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長木板不能移動
D．小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，且應(yīng)先釋放小車再接通電源
（2）圖2為實驗中打出的一條紙帶的一部分，已知打點(diǎn)計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則由紙帶測量數(shù)據(jù)可得此次實驗中小車運(yùn)動的加速度的測量值a=3.2m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）若實驗時，該同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的a-F圖象如圖3所示，設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓第二定律可知，小車的質(zhì)量為$\frac{1}{k}$．

Answer 1

分析 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(dāng)清楚，如果沒有平衡摩擦力的話，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時，物體不動的情況．小車做的是勻加速直線運(yùn)動，可由△x=at²求解加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運(yùn)動，通過打點(diǎn)計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動，故A錯誤；
B、若連接砝碼盤和小車的細(xì)繩與長木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車的外力，這樣導(dǎo)致誤差增大，故B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時，小車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，故長木板的位置不能移動，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計時器電源，由于小車運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時要求開始小車要靠近打點(diǎn)計時器，故D錯誤．
故選：BC
（2）由△x=aT²結(jié)合作差法得a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}=\frac{0.0721+0.0772-0.0670-0.0619}{4×0.0{4}^{2}}$=3.2m/s²
（3）遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時，物體不動的情況．故圖線為丙．
設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律F=ma可知，
則有：a=$\frac{1}{m}F$，小車的質(zhì)量為m=$\frac{1}{k}$
故答案為：（1）BC；（2）3.2；（3）$\frac{1}{k}$

點(diǎn)評 對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時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，同時掌握圖象的斜率含義，也是解題的突破口．