Question

5．在用如圖甲所示的裝置“驗證牛頓第二定律”的實驗中，保持小車質(zhì)量一定時，驗證小車加速度a與合力F的關(guān)系．

①除了電火花計時器、小車、砝碼、砝碼盤、細線、附有定滑輪的長木板、墊木、導線及開關(guān)外，在下列器材中必須使用的有ACE（選填選項前的字母）．
A．220V、50Hz的交流電源
B．電壓可調(diào)的直流電源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平（附砝碼）
②為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的是AC．
A．調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行
B．在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應當將砝碼和砝碼盤通過細線掛在小車上
C．在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上
③某同學得到了圖乙所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a=1.15m/s²（保留三位有效數(shù)字）．
④在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，已知三位同學利用實
驗數(shù)據(jù)做出的a-F圖象如圖丙中的1、2、3所示．下列分析正確的是B（選填選項前的字母）．
A．出現(xiàn)圖線1的原因可能是沒有平衡摩擦力
B．出現(xiàn)圖線2的原因可能是砝碼和砝碼盤的質(zhì)量不合適
C．出現(xiàn)圖線3的原因可能是在平衡摩擦力時長木板的傾斜度過大
⑤在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是系統(tǒng)誤差（選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”）．設(shè)拉力的真實值為F_真，小車的質(zhì)量為M，為了使$\frac{{mg-{F_真}}}{F_真}$＜5%，應當滿足的條件是$\frac{m}{M}$＜5%．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗原理選擇實驗器材，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，同時要調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行，根據(jù)作差法求解加速度，根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合圖象特點分析產(chǎn)生的原因，分別對小車和整體根據(jù)牛頓第二定律列式求解即可．

解答 解：①電火花計時器需要220V、50Hz的交流電源，要用刻度尺測量紙帶上點跡的距離，需要天平測量小車的質(zhì)量，故需要ACE，
故選：ACE
②為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時應當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上，調(diào)整長木板的傾斜度，讓小車拖著紙帶做勻速直線運動，同時要調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行，故AC正確，B錯誤；
故選：AC
③從第一個點開始，每隔四個點取一個計數(shù)點，根據(jù)紙帶可知，相鄰計數(shù)點之間的距離依次為：
x₁=2.61-0.90cm=1.71cm=0.0171m，
x₂=5.50-2.61cm=2.89cm=0.0289m，x₃=9.50-5.50cm=4.00cm=0.0400m，
時間間隔為：T=0.1s，
根據(jù)作差法得：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{T}^{2}}$=$\frac{0.0400-0.0171}{2×0．{1}^{2}}$=1.15m/s²；
④A、根據(jù)圖象1可知，當沒有掛砝碼、砝碼盤時，小車產(chǎn)生了加速度，因此說明平衡摩擦力時木板傾角太大，故A錯誤；
B、根據(jù)圖象2可知，隨著F的增大，即砝碼、砝碼盤的質(zhì)量增大，不再滿足砝碼、砝碼盤質(zhì)量小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，故B正確；
C、根據(jù)圖象3可知，當掛上砝碼、砝碼盤時，小車的加速度還是為零，說明沒有平衡摩擦力或平衡的不夠，故C錯誤；
故選：B
⑤在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是系統(tǒng)誤差，
對小車，根據(jù)牛頓第二定律得：a=$\frac{{F}_{真}}{M}$，
對整體，根據(jù)牛頓第二定律得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
且$\frac{mg-{F}_{真}}{{F}_{真}}$＜5%，解得：$\frac{m}{M}$＜5%．
故答案為：①ACE；②AC；③1.15；④B；⑤系統(tǒng)誤差，5%．

點評 本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗誤差分析等問題；對于實驗問題一定要明確實驗原理，并且親自動手實驗，熟練應用所學基本規(guī)律解決實驗問題，注意平衡摩擦力的細節(jié)，理解a-F圖象不直的原因．