Question

4．如圖甲所示，某同學將力傳感器固定在木塊上，然后把繩的一端固定在傳感器的掛鉤上，用來測量繩對小車的拉力，探究在木塊及傳感器總質(zhì)量不變時加速度跟它們所受拉力的關(guān)系．

（1）為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦．李雷同學平衡摩擦力時是這樣操作的：將木塊靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，直到木塊由靜止開始沿木板向下滑動為止．請問這位同學的操作是否正確？如果不正確，應當如何平衡摩擦力？
（2）如果李雷先如（1）中的操作，然后不斷改變對木塊的拉力F，他得到M（木塊和傳感器總質(zhì)量）保持不變情況下的a-F圖線是圖乙中的C（將選項代號的字母填在橫線上） 

（3）本實驗中需要（填“需要”或“不需要”）細沙和桶的總質(zhì)量遠小于木塊和傳感器的總質(zhì)量．
（4）圖丙給出的是試驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7的計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未標出，計數(shù)點間的距離如圖丙所示．根據(jù)圖丙中的數(shù)據(jù)計算的加速度a=0.496m/s²（保留三位有效數(shù)字）． 
  

Answer 1

分析 （1）物體由靜到動是加速，說明平衡摩擦力過度；
（2）物體由靜到動是加速，故拉力為零時應該有加速度；
（3）細沙和桶是加速下降，是失重，故要盡量減小加速度來保證拉力約等于其重力；
（4）根據(jù)公式△x=aT²列式求解加速度．

解答 解：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，所以該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑；
（2）如果這位同學先如（1）中的操作，導致平衡摩擦力過度，因此當小車上還沒有掛砂和砂桶時，小車應該就已經(jīng)有加速度了，故圖象ABD錯誤，C正確；
（3）細沙和桶是加速下降，是失重，故要盡量減小加速度來保證拉力約等于其重力，故需要滿足細沙和桶的總質(zhì)量遠小于木塊和傳感器的總質(zhì)量；
（4）根據(jù)公式△x=aT²，有：
${x}_{36}-{x}_{03}=a（3T）^{2}$ 
解得：
a=$\frac{{x}_{36}-{x}_{03}}{9{T}^{2}}$=$\frac{（0.0289+0.0339+0.0388）-（0.0140+0.0190+0.0240）}{9×0．{1}^{2}}$=0.496m/s²
故答案為：
（1）該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑；
（2）C；
（3）需要；
（4）0.496m/s²．

點評 在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎(chǔ)物理知識在實驗中的應用，加強解決實驗問題的能力．