Question

20．在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，某同學使用了如圖1所示的裝置，計時器打點頻率為50Hz．

（1）該同學得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖2所示，自A點起，相鄰兩點間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則小車的加速度為5m/s²．
（2）在實驗前應先平衡摩擦力，平衡摩擦力的目的是用沙和沙桶的重力（選填“沙和沙桶的重力”、“繩對小車的拉力”）表示小車的合力．
（3）該同學通過數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖3所示，則圖中直線發(fā)生彎曲的原因是D
A．沒有平衡摩擦力
B．平衡摩擦力過大
C．沒有滿足小車的質量遠小于沙和沙桶的總質量
D．沒有滿足小車的質量遠大于沙和沙桶的總質量．

Answer 1

分析 該實驗是探究加速度與力、質量的三者關系，紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的兩個推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．
直線發(fā)生彎曲，由圖可以看出圖象的斜率逐漸減小，結合實驗原理分析原因．

解答 解：（1）利用勻變速直線運動的推論得出：
v_E=$\frac{{x}_{DF}}{{t}_{DF}}$=$\frac{（0.016+0.018）m}{2×0.02s}$=0.85m/s
小車的加速度為：
a=$\frac{△x}{{t}^{2}}$=$\frac{0.012-0.01}{{（0.02）}^{2}}$m/s²=5m/s²
（2）在實驗前應先平衡摩擦力，平衡摩擦力的目的是用 沙和沙桶的重力 表示小車的合力．
（3）設小車的加速度為a，繩子拉力為F，以砂和砂桶為研究對象得：
mg-F=ma
以小車為研究對象F=Ma
解得：a=$\frac{mg}{m+M}$
故：F=Ma=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$
所以要使得繩子拉力等于砂和砂桶的重力大小，必有m＜＜M，
而不滿足m＜＜M時，隨m的增大物體的加速度a逐漸減小．
故圖象彎曲的原因是：未滿足砂和砂桶質量遠小于小車的質量．
故答案為：（1）5；（2）繩對小車的拉力；（3）D

點評 實驗問題需要結合物理規(guī)律去解決．
對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚．
數(shù)據(jù)處理時注意單位的換算．