Question

10．2013年6月20日上午十點，“神舟十號”航天員王亞平，首次面向全國六千多萬中小學生開展太空授課和天地互動交流等科普教育活動，其中“測質(zhì)量”最令人好奇和著迷．女航天員王亞平在太空授課時，解釋太空測質(zhì)量的原理是應(yīng)用了牛頓第二定律；物體受到作用力與產(chǎn)生加速度的比值，即得質(zhì)量．
某同學受到啟發(fā)，想利用“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置，測量小車質(zhì)量．如圖甲所示為實驗裝置圖，圖中A為小車，B為裝有砝碼的小盤，C為一端帶有定滑輪的長木板，小車通過紙帶與電火花打點計時器相連，計時器接50Hz交流電

（1）下列說法正確的是BCD
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上
B．連接砝碼盤和小車的細繩應(yīng)跟長木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動
D．小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車
（2）圖乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡其，在紙帶上標出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖乙所示．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a=1.0m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）實驗時，該同學由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的a-F圖象如圖丙所示，可能是圖中的圖線丙（選填“甲”“乙”或“丙”），設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律可知，小車的質(zhì)量為$\frac{1}{k}$
（4）該同學遺漏了平衡摩擦力，這對求解小車的質(zhì)量有無影響？無（填“有”或“無”）

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．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當清楚；
（1）如果沒有平衡摩擦力的話，就會出現(xiàn)當有拉力時，物體不動的情況．
（2）小車做的是勻加速直線運動，可由△x=at²求解加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，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、若連接砝碼盤和小車的細繩與長木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車的外力，這樣導致誤差增大，故B正確；
C、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，故長木板的位置不能移動，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、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，同時要求開始小車要靠近打點計時器，故D正確．
故選：BCD；
（2）由△x=aT²得：
即a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{（2T）^{2}}$
解得：a=$\frac{0.216-0.0879-0.0879}{0．{2}^{2}}$=1.0m/s²
（3）遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會出現(xiàn)當有拉力時，物體不動的情況．故圖線為丙．
設(shè)圖中直線的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律F=ma可知，
則有：a=$\frac{1}{m}F$，小車的質(zhì)量為m=$\frac{1}{k}$；
（4）該同學遺漏了平衡摩擦力，則會出現(xiàn)甲圖象，但圖象的斜率不變，那么這對求解小車的質(zhì)量無影響，
故答案為：（1）BCD；（2）1.0；（3）丙，$\frac{1}{k}$；（4）無．

點評 對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時要清楚每一項操作存在的理由，比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等；
會根據(jù)實驗原理分析分析為什么要平衡摩擦力和讓小車的質(zhì)量M遠遠大于小桶（及砝碼）的質(zhì)量m，且會根據(jù)原理分析實驗誤差．紙帶的處理在高中實驗中用到多次，需要牢固的掌握．
同時掌握圖象的斜率含義，也是解題的突破口．