Question

7．某同學(xué)用如圖1所示的裝置探究小車加速度與合外力的關(guān)系．圖中小車A左端連接一紙帶并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔，右端用一輕繩繞過(guò)滑輪系于拉力傳感器C的下端，A、B置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上．不計(jì)繩與滑輪的摩擦及滑輪的質(zhì)量．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源再釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)．該同學(xué)在保證小車A質(zhì)量不變的情況下，通過(guò)改變P的質(zhì)量來(lái)改變小車A所受的外力，由傳感器和紙帶測(cè)得的拉力F和加速度a數(shù)據(jù)如表所示．

次數(shù)	1	2	3	4	5
F/N	0.10	0.18	0.26	0.30	0.40
a/（m•s-2）	0.08	0.22	0.37		0.59

（1）第4次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶如圖2所示，O、A、B、C和D是紙帶上的五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚�(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，A、B、C、D四點(diǎn)到O點(diǎn)的距離如圖．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz．根據(jù)紙帶上數(shù)據(jù)計(jì)算出小車加速度a為0.43m/s²（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）．
（2）在實(shí)驗(yàn)中，不需要（選填“需要”或“不需要”）滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車A的質(zhì)量．
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖3所示坐標(biāo)系中做出小車加速度a與力F的關(guān)系圖象．
（4）根據(jù)圖象推測(cè)，實(shí)驗(yàn)操作中重要的疏漏是沒(méi)有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求加速度的大小．
（2）因?yàn)槔K子拉小車的力可以由拉力傳感器直接測(cè)量出來(lái)，故不需要滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（3）采用描點(diǎn)法作圖，繪出一條傾斜的直線．
（4）分析圖示圖象，根據(jù)圖象特點(diǎn)分析答題．

解答 解：（1）由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T=0.1s；
根據(jù)圖中數(shù)據(jù)運(yùn)用逐差法計(jì)算加速度：a=$\frac{BC-OA+CD-AB}{4{T}^{2}}$=$\frac{BD-OB}{4{T}^{2}}$=$\frac{（4.35-1.31-1.31）×1{0}^{-2}m}{4×（0.1s）^{2}}$≈0.43m/s²．
（2）因?yàn)槔K子拉小車的力可以由拉力傳感器直接測(cè)量出來(lái)，故不需要滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（3）運(yùn)用描點(diǎn)，擬合直線法，描繪的a-F圖線如下圖所示．

由作圖可知，當(dāng)F=0.30N時(shí)，a=0.42m•s^-2
（4）從上圖中發(fā)現(xiàn)直線沒(méi)過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)F≤0.1N時(shí)，a=0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上有拉力時(shí)小車的加速度還為0，說(shuō)明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了．該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中遺漏了平衡摩擦力這個(gè)步驟．所以原因是沒(méi)有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠．
故答案為：（1）0.43；（2）不需要；（3）如上圖所示；（4）沒(méi)有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足．

點(diǎn)評(píng) 要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力，在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用．解決本實(shí)驗(yàn)問(wèn)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)．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚．