Question

16．某同學(xué)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．如圖甲所示是該同學(xué)探究小車加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，他將光電門固定在水平軌道上的B點(diǎn)，用不同重物通過(guò)細(xì)線拉同一小車，每次小車都從同一位置A由靜止釋放．

（1）實(shí)驗(yàn)中可近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力與重物重力大小相等，則重物的質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M間應(yīng)滿足的關(guān)系為m＜＜M；
（2）若用游標(biāo)卡尺測(cè)出光電門遮光條的寬度d如圖乙所示，則d=1.050cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將小車從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間△t，則小車經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度為$\frac1xlvhhz{△t}$（用字母表示）；
（3）測(cè)出多組重物的質(zhì)量m和對(duì)應(yīng)遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間△t，并算出相應(yīng)的小車經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度v，通過(guò)描點(diǎn)作出v²-m線性圖象（如圖丙所示），從圖線得到的結(jié)論是：在小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合外力成正比．
（4）某同學(xué)作出的v²-m線性圖象不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前他應(yīng)采取的做法是C
A．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)
B．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)
C．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)
D．將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻加速運(yùn)動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）為使繩子的拉力等于重物的重力，m應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于M；
（2）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀，由于遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度．
（3）由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=2$\frac{mg}{M}$s，可根據(jù)v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．
（4）由圖可知開(kāi)始有外力時(shí)，而小車的加速度為零，說(shuō)明操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．
為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板的右端適當(dāng)墊高，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．
根據(jù)牛頓第二定律得：
對(duì)m：mg-F_拉=ma
對(duì)M：F_拉=Ma
解得：F_拉=$\frac{mMg}{m+M}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當(dāng)m＜＜M時(shí)，即當(dāng)重物重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于重物的總重力．
（2）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為10mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm，
所以最終讀數(shù)為：10mm+0.50mm=10.50mm=1.050cm；
②數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄通過(guò)光電門的時(shí)間，由位移公式計(jì)算出物體通過(guò)光電門的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時(shí)速度，故在遮光條經(jīng)過(guò)光電門時(shí)滑塊的瞬間速度為：v=$\fracldz9rfx{△t}$．
（3）由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}$s，
由題意可知，M、s不變，因v²-m圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，則說(shuō)明加速度與合外力成正比．
（4）v²-m線性圖象不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力．即說(shuō)明操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足，采取的方法是將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)．故C正確．
故選：C
故答案為：（1）m＜＜M；（2）1.050，$\fracnjfdrhh{△t}$；（3）加速度與合外力成正比；（4）C．

點(diǎn)評(píng) 常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)．處理實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要找出實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們可以尋找需要測(cè)量的物理量和需要注意的事項(xiàng)．