Question

20．甲、乙、丙三個實(shí)驗(yàn)小組分別采用如圖甲、乙、丙所示的實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運(yùn)動的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律．已知他們使用的小車完全相同，小車的質(zhì)量為M，重物的質(zhì)量為m，試回答下列問題：

（1）甲、乙、丙實(shí)驗(yàn)中，必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實(shí)驗(yàn)小組是甲、乙、丙；
（2）實(shí)驗(yàn)時，必須滿足“M遠(yuǎn)大于m”的實(shí)驗(yàn)小組是甲；
（3）實(shí)驗(yàn)時，甲、乙、丙三組同學(xué)的操作均完全正確，他們作出的a-F圖線如圖丁中A、B、C所示，則甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的圖線依次是C、A、B．
（4）實(shí)驗(yàn)時，乙組同學(xué)得到的一條紙帶如圖戊所示，從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz，根據(jù)所標(biāo)的測量數(shù)據(jù)可算得：小車的加速度為0.16m/s²，打下2點(diǎn)時小車的速度為0.36m/s．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運(yùn)動的加速度與它所受的合外力的關(guān)系，三個實(shí)驗(yàn)小組都需要平衡摩擦力；
（2）只有用重物的重力代替繩子的拉力，才需要滿足M＞＞m；
（3）若用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M≥m，隨著m的增大，不滿足M＞＞m時，圖象出現(xiàn)彎曲，還有兩組根據(jù)繩子拉力相等時，加速度的大小來判斷；
（4）根據(jù)△x=aT²求解加速度，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論求出瞬時速度．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運(yùn)動的加速度與它所受的合外力的關(guān)系，所以三個實(shí)驗(yàn)小組都需要平衡摩擦力，即甲乙丙都需要平衡摩擦力．
（2）乙和丙繩子的拉力可以由彈簧測力計和力傳感器直接得到，不需要用重物的重力代替，所以乙丙兩組不需要滿足M＞＞m，而甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M＞＞m．
（3）甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M≥m，隨著m的增大，不滿足M＞＞m時，圖象出現(xiàn)彎曲，所以甲組對應(yīng)的是C，
根據(jù)裝置可知，乙圖中小車受到的拉力大于彈簧測力計的示數(shù)，丙圖中受到的拉力等于力傳感器的示數(shù)，當(dāng)F相等時，乙組的加速度大，所以乙組對應(yīng)A，丙組對應(yīng)B，
（4）每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速直線運(yùn)動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{（3.84-3.52）×1{0}^{-3}m}{2×（0.1s）^{2}}$=0.16m/s²；
打點(diǎn)2時小車的速度：v=$\frac{{x}_{1}+{x}_{2}}{2t}$=$\frac{（3.52+3.68）×1{0}^{-2}m}{2×0.1s}$=0.36m/s；
故答案為：（1）甲、乙、丙；（2）甲；（3）C、A、B；（4）0.16；0.36．

點(diǎn)評 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)，同時要熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題．探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)要采用控制變量法，當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量時，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，若用力傳感器，則不需要滿足此條件．