Question

9．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，使用了如圖甲所示的裝置，計(jì)時(shí)器打點(diǎn)頻率為50Hz．

（1）該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車質(zhì)量不變；若該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出$a-\frac{1}{M}$圖象．
（2）該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個(gè)點(diǎn)，如圖乙所示，自A點(diǎn)起，測(cè)得相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為8.0mm、10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm，則打E點(diǎn)時(shí)小車的速度為0.75m/s，小車的加速度為5.0m/s²（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）．
（3）該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖丙所示，則
①圖中的力F理論上指B，而實(shí)驗(yàn)中卻用A表示．（選填字母符號(hào)）
A．砂和砂桶的重力     B．繩對(duì)小車的拉力
②圖中的直線不過原點(diǎn)的原因是平衡摩擦力過度（平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大）．
③此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）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)．
該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要．
其中對(duì)于力的測(cè)量，我們要清楚：1、當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大�。�2、平衡摩擦力，使得細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車的合力．
（2）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度．
（3）探究加速度與拉力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)，要求小車在無(wú)動(dòng)力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出；平衡摩擦力時(shí)，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，由圖象可知，還沒有掛重物時(shí)，小車已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，由此可知圖象不過原點(diǎn)的原因．

解答 解：（1）在探究加速度與外力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量不變，要直觀的反映兩個(gè)量之間的關(guān)系，可以通過作圖來(lái)解決．但是只有作出一條直線，才可以直觀的反映兩個(gè)變量之間的關(guān)系．在探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a-$\frac{1}{M}$圖象
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：
${v}_{E}^{\;}=\frac{{x}_{DF}^{\;}}{2T}=\frac{0.014+0.016}{0.04}=0.75m/s$
小車加速度$a=\frac{△x}{{T}_{\;}^{2}}=\frac{2mm}{（0.02）_{\;}^{2}}=\frac{0.002}{4×1{0}_{\;}^{-4}}=5.0m/{s}_{\;}^{2}$
（3）①圖中的力F理論上指繩對(duì)小車的拉力，即B，而實(shí)驗(yàn)中卻用砂和砂桶的重力，即A．
②圖中當(dāng)F=0時(shí)，a≠0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)，小車的加速度不為0，說(shuō)明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實(shí)驗(yàn)前木板右端墊得過高，即平衡摩擦力過度導(dǎo)致．
③要使得繩子拉力等于砂和砂桶的重力大小，必有m＜＜M，而不滿足m＜＜M時(shí)，隨m的增大物體的加速度a逐漸減�。�故圖象彎曲的原因是：未滿足砂和砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）小車質(zhì)量，$a-\frac{1}{M}$；（2）0.75，5.0；（3）①B，A；②平衡摩擦力過度（平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大）；③沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

點(diǎn)評(píng) 探究加速與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力、應(yīng)根據(jù)紙帶求出小車的加速度，掌握實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是正確解題的關(guān)鍵，要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．要掌握紙帶數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法．