Question

4．小葉同學(xué)利用圖甲裝置來(lái)探究加速度與力、質(zhì)量之間的定性關(guān)系．

（1）他安裝儀器后，準(zhǔn)備開(kāi)始測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)如圖甲所示，從圖片上看，你覺(jué)得他在開(kāi)始正確測(cè)量前必須得修正哪幾個(gè)方面的問(wèn)題？（請(qǐng)寫(xiě)出兩點(diǎn)）①長(zhǎng)木板的右端沒(méi)被墊高（沒(méi)有平衡摩擦力）②細(xì)線沒(méi)有與板面平行；小車(chē)未靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
（2）修正后，小葉同學(xué)就開(kāi)始實(shí)驗(yàn)測(cè)量，他所接的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源檔位如圖乙所示，則他所選的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是電磁（填“電火花”或“電磁”）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
（3）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f=50Hz．，圖丙是小葉同學(xué)在正確操作下獲得的一條紙帶，其中A、B、C、D、E每?jī)牲c(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出．寫(xiě)出用s1、s2、s3、s4以及f來(lái)表示小車(chē)加速度的計(jì)算式：a=$\frac{{s}_{3}^{\;}+{s}_{4}^{\;}-{s}_{1}^{\;}-{s}_{2}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$．

根據(jù)紙帶所提供的數(shù)據(jù)，算得小車(chē)的加速度a大小為0.60m/s²（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量，根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)可畫(huà)出a-F關(guān)系圖線（如圖丁所示），此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是C
A．小車(chē)與軌道之間存在摩擦       B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)
C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大            D．所用小車(chē)的質(zhì)量太大．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡小車(chē)受到的摩擦力，重物與小車(chē)的連線應(yīng)平行于木板，
（2）知道電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的區(qū)別；
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，利用逐差法可以求出其加速度的大小；
（4）根據(jù)圖象得出變量之間的關(guān)系，知道鉤碼所受的重力作為小車(chē)所受外力的條件．

解答 解：（1）長(zhǎng)木板的右端沒(méi)被墊高，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力；細(xì)線沒(méi)套在定滑輪的輪槽上，以致拉線未能與板面平行；
（2）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4-6V交流電壓，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接接在220V交流電壓上，所以他所選的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
（3）由題意可知兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為：T=$\frac{5}{f}$=0.1s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)推論有：
${s}_{3}^{\;}-{s}_{1}^{\;}=2a{T}_{\;}^{2}$，
${s}_{4}^{\;}-{s}_{2}^{\;}=2a{T}_{\;}^{2}$，
a=$\frac{{a}_{1}^{\;}+{a}_{2}^{\;}}{2}$
即：a=$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得：a=$\frac{（2.41+3.03）-（1.21+1.83）}{100}×1{0}_{\;}^{-2}×5{0}_{\;}^{2}$=0.60m/s²
（4）由實(shí)驗(yàn)原理：mg=Ma
得a=$\frac{mg}{M}$，
而實(shí)際上a′=$\frac{mg}{M+m}$，可見(jiàn)AB段明顯偏離直線是由于沒(méi)有滿足M＞＞m造成的．
故選：C．
故答案為：（1）長(zhǎng)木板的右端沒(méi)被墊高，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力；細(xì)線沒(méi)套在定滑輪的輪槽上，以致拉線未能與板面平行；（2）電磁；（3）$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$，0.60；  （4）C

點(diǎn)評(píng) 在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車(chē)所受的合力，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力，知道兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的區(qū)別與聯(lián)系．