Question

20．如圖1所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系所用實驗裝置，已接通電源正要釋放紙帶．請回答下列問題．（所用打點計時器為電磁打點計時器）

（1）請你指出該同學(xué)的三處錯誤
（1）該實驗中電磁打點計時器是利用4～6V的交流電源，電火花計時器是利用220V交流電源；不是直流電源；（2）應(yīng)該調(diào)整滑輪使拉線水平；（3）在本實驗中我們認為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實驗前要首先平衡摩擦力
（2）在實驗中研究小車加速度a與小車的質(zhì)量M的關(guān)系時，由于沒有注意始終滿足M遠大于m的條件（M為小車質(zhì)量，m為砝碼與桶質(zhì)量之和），結(jié)果得到的圖象應(yīng)是圖中的D 
（3）如圖1所示是正確安裝實驗裝置后某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，距離如圖2所示，該同學(xué)計算小車加速度的表達式為$\frac{{L}_{4}-2{L}_{2}}{4{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）打點計時器使用的是交流電源，而干電池是直流電源．接通電源前，小車應(yīng)緊靠打點計時器，而在該圖中小車初始位置離打點計時器太遠．
（2）設(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：F=Ma，對砂桶和砂有：mg-F=ma，由此解得：F=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，由此可知當M＞＞時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，據(jù)此根據(jù)該實驗實驗誤差產(chǎn)生的原因即可正確解答．
（3）根據(jù)相鄰相等時間內(nèi)位移之差等于常數(shù)即可求得加速度

解答 解：（1）（1）該實驗中電磁打點計時器是利用4～6V的交流電源，電火花計時器是利用220V交流電源；不是直流電源．
（2）應(yīng)該調(diào)整滑輪使拉線水平；
（3）在本實驗中我們認為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實驗前要首先平衡摩擦力．
（2）隨著$\frac{1}{M}$增大，小車質(zhì)量在減小，因此小車質(zhì)量不再滿足遠大于砂和小砂桶的質(zhì)量，加速度不可能一直均勻增大，加速度的增大幅度將逐漸減小，最后趨近與定值g，故ABC錯誤，D正確．
（3）根據(jù)相鄰相等時間內(nèi)位移之差等于常數(shù)即可求得
$（{L}_{4}-{L}_{2}）-{L}_{2}=4a{T}^{2}$
解得$a=\frac{{L}_{4}-2{L}_{2}}{4{T}^{2}}$
故答案為：：（1）（1）該實驗中電磁打點計時器是利用4～6V的交流電源，電火花計時器是利用220V交流電源；不是直流電源．
（2）應(yīng)該調(diào)整滑輪使拉線水平；
（3）在本實驗中我們認為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實驗前要首先平衡摩擦力
（2）D
（3）$\frac{{L}_{4}-2{L}_{2}}{4{T}^{2}}$；

點評 會根據(jù)實驗原理分析為什么要平衡摩擦力和讓小車的質(zhì)量M遠遠大于小桶（及砝碼）的質(zhì)量m，且會根據(jù)原理分析實驗誤差