Question

5．在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時，采用圖示實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M′表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打出的點計算出．

①一組同學(xué)在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，以下做法錯誤的是：ACD
A．當(dāng)滿足M＞＞m時，才可以認(rèn)為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力
B．平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
C．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力
D．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源
E．小車的加速度可用天平測出m及小車質(zhì)量M，直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出．
②在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關(guān)系時，由于平衡摩擦力時操作不當(dāng)，二位同學(xué)得到的a-F關(guān)系分別如圖2C、D所示（a是小車的加速度，F(xiàn)是細(xì)線作用于小車的拉力）．其原因分別是：
C圖：平衡摩擦力過度
D圖：平衡摩擦力不足
③已知打點計時器使用的交流電頻率為50HZ，紙帶圖中（圖3）的點為計時點，利用給出的數(shù)據(jù)可求出小車的加速度a=0.64m/s²．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項；該實驗采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測量很重要．

解答 解：①A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動．故A錯誤．
B、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故C錯誤．
D、小車運動的加速度是利用打點計時器測量，如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系．故D錯誤．
本題選錯誤的，故選：ACD；
②C圖：當(dāng)F=0時，a≠0．也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大；
D圖：從上圖中發(fā)現(xiàn)直線沒過原點，當(dāng)F≠0時，a=0．也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢．該組同學(xué)實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟．即傾角過��；
③每打5個點取一個計數(shù)點，相鄰的計數(shù)點的時間間隔是0.1s；
根據(jù)△x=aT²可得：
a=$\frac{（{x}_{4}+{x}_{5}+{x}_{6}）-（{x}_{1}+{x}_{2}+{x}_{3}）}{（3T）^{2}}$=$\frac{[（9.68+10.33+10.95）-（7.74+8.41+9.05）]×0.01}{{（3×0.1）}^{2}}$=0.64m/s²
故答案為：
①ACD；
②平衡摩擦力過度；平衡摩擦力不足；
③0.64m/s²．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及實驗的注意事項，掌握紙帶的處理，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度．