Question

17．用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量M（含車中的鉤碼）不變，用在繩的下端掛的鉤碼總重力mg作為小車受到的合力，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度．

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)繩的下端先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是平衡摩擦力．
（2）圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖乙所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a=1.0m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）通過增加繩的下端掛的鉤碼的個(gè)數(shù)來改變小車所受的拉力F，得到小車的加速度a與拉力F的數(shù)據(jù)，畫出a-F圖線后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)F較大時(shí)，圖線發(fā)生了如圖丙所示的彎曲．該同學(xué)經(jīng)過思考后將實(shí)驗(yàn)方案改變?yōu)椋簩⑿≤囍械你^碼掛在繩的下端來增加鉤碼的個(gè)數(shù)和外力．那么關(guān)于該同學(xué)的修正方案，下列說法正確的是AD．（寫選項(xiàng)字母）
A．可以避免a-F圖線的末端發(fā)生彎曲
B．要避免a-F圖線的末端發(fā)生彎曲的條件是M≥m
C．畫出的a-F圖線的斜率為$\frac{1}{M}$
D．畫出的a-F圖線的斜率為$\frac{1}{M+m}$．

Answer 1

分析 （1）探究物體加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，要使小車受到的拉力等于鉤碼的重力，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡摩擦力；
（2）根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，由△x=at²可求小車的加速度．
（3）為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應(yīng)滿足砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)繩的下端先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力．
（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為：t=0.02s×5=0.1s，由△x=at²可得：小車的加速度為：a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{t}^{2}}$=$\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{4×0．{1}^{2}}$=1.0m/s²．
（3）分別對(duì)小車與砝碼列出牛頓第二定律方程：對(duì)小車有：F=Ma，對(duì)砝碼有：mg-F=ma，兩式聯(lián)立可得a=$\frac{mg}{M+m}$=$\frac{1}{M+m}$F，
若改變?yōu)橛眯≤囍械你^碼掛在繩的下端來增加鉤碼的個(gè)數(shù)和外力時(shí)，M+m保持不變，a-F圖線是直線，
避免a-F圖線的末端發(fā)生彎曲，a-F圖線的斜率為$\frac{1}{M+m}$，故AD正確，BC錯(cuò)誤；故選：AD．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）1.0；（3）AD．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去理解．對(duì)牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的理由．