Question

17．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖a為實(shí)驗(yàn)裝置圖，A為小車，B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C為裝有沙的沙桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板．實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車的拉力F等于沙和沙桶的總重力，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)求得：

（1）圖b為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.10s，由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為0.64m/s²（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（2）保持沙和沙桶的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的$\frac{1}{m}$數(shù)據(jù)如表中所示，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時(shí)，a與m的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)趫Dc中選中恰當(dāng)?shù)奈锢砹亢蜆?biāo)度建立坐標(biāo)系，并作出圖線．

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8
小車加速度a/ms-2	1.90	1.72	1.49	1.25	1.00	0.75	0.50	0.30
小車質(zhì)量m/kg	0.25	0.29	0.33	0.40	0.50	0.71	1.00	1.67
$\frac{1}{m}$/kg-1	4.00	3.50	3.00	2.5	2.00	1.40	1.00	0.60

（3）從圖線中得到F不變時(shí)小車加速度a與質(zhì)量m間的定量關(guān)系是$a=\frac{1}{2m}$．
（4）保持小車質(zhì)量不變，改變沙和沙桶質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度與合力F圖線如圖d，該圖線不通過原點(diǎn)，明顯超出偶然誤差范圍，其主要原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)△x=aT²求出紙帶的加速度；
（2）為研究a與m的關(guān)系，作a與$\frac{1}{m}$的關(guān)系關(guān)系圖線，注意選取好標(biāo)度；
（3）求出圖象的斜率，進(jìn)而求出a與m的關(guān)系；
（4）圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)F為某一值時(shí)，加速度為零，知平衡摩擦力不足

解答 解：（1）紙帶上從左往右兩個(gè)點(diǎn)之間的位移依次記著s₁到s₆，
根據(jù)作差法得：a=$\frac{{s}_{6}+{s}_{5}+{s}_{4}-{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}}{9{T}^{2}}$，帶入數(shù)據(jù)得：$a=\frac{{（{10.26-8.33+9.61-7.68+8.95-7.05}）×{{10}^{-2}}}}{{9×{{0.1}^2}}}=0.64m/{s^2}$，
（2）由表格可知小車的加速度與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，根據(jù)描點(diǎn)法畫出圖象，如圖所示：

（3）圖象為一傾斜的直線，斜率$k=\frac{0.5-0.3}{1.00-0.60}=\frac{1}{2}$，所以$a=\frac{1}{2m}$，
（4）圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，F(xiàn)不為零時(shí)，加速度仍為零，知實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）0.64；（2）如圖所示；（3）$a=\frac{1}{2m}$；（4）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵會(huì)從紙帶上求瞬時(shí)速度和加速度，以及在作圖時(shí)注意，偏離比較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以舍去，難度適中．