Question

3．某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗．圖（a）為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有細(xì)沙的小桶，D為一端帶有定滑輪的長木板，實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)�力F的大小等于細(xì)沙和小桶的總重量，小車運動加速度a可用紙帶上的打點求得．

（1）實驗中，需要平衡小車運動過程中所受的阻力，正確的做法是C
A．小車放在木板上，調(diào)節(jié)木板在傾斜程度，輕推小車，目測小車沿木板做勻速直線運動．
B．小車放在木板上，掛上砂桶，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，輕推小車，目測小車沿木板做勻速直線運動．
C．小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，輕推小車，通過紙帶上所打點的分布測定小車沿木板做勻速直線運動．
（2）實驗中，為了保證細(xì)繩對小車?yán)�力F近似等于細(xì)沙和小桶的總重量，細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量m與小車和車上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是M＞＞m．
（3）實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖（b）所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出），則小車的加速度a=0.56m/s²（保留2位有效數(shù)字）．
（4）在研究“外力一定時，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持細(xì)砂和小桶的總質(zhì)量不變，改變小車和車上砝碼的總質(zhì)量M，分別記錄小車加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)．在分析處理數(shù)據(jù)時，甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a-M圖象如圖（c），乙同學(xué)作出a-$\frac{1}{M}$圖象如圖（d）．兩同學(xué)都由圖象得出“外力一定時，加速度a與質(zhì)量M成反比”的結(jié)論．你認(rèn)為乙（填“甲”或“乙”）同學(xué)的方案更合理．

Answer 1

分析 （1）實驗前要把木板的一端墊高以平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力；
（2）當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量時可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力；
（3）應(yīng)用勻變速直線運動的推論：△x=at²可以求出加速度；
（4）為方便實驗數(shù)據(jù)處理，作出的圖象應(yīng)為直線，根據(jù)題意應(yīng)用牛頓第二定律分析答題；

解答 解：（1）實驗前要平衡摩擦力，平衡摩擦力時要把小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器．把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動，故選C；
（2）當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量時可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶所受的重力，因此實驗需要滿足的條件是：M＞＞m．
（3）由△x=at²可知，小車的加速度為：：a=$\frac{{x}_{2}^{\;}-{x}_{1}^{\;}}{{T}_{\;}^{2}}$=$\frac{0.0646-0.0590}{0．{1}_{\;}^{2}}m/{s}_{\;}^{2}$=0.56m/s²．
（4）由牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{M}$=$\frac{1}{M}$F，由此可知：a與$\frac{1}{M}$成正比，為方便實驗數(shù)據(jù)處理，應(yīng)作出a-$\frac{1}{M}$圖象，因此同學(xué)乙的方案更合理；
故答案為：（1）C（2）M＞＞m  （3）0.56    （4）乙

點評 本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗誤差分析等問題；要掌握實驗原理、實驗器材與實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)的處理方法；常常應(yīng)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)時為方便實驗數(shù)據(jù)處理，要選擇合適的物理量使作出的圖象為直線．