Question

6．某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖所示．已知小車質(zhì)量M=214.6g，砝碼盤質(zhì)量m₀=7.5g，所使用的打點計時器交流電頻率f=50Hz．其實驗步驟是：
A．按圖中所示安裝好實驗裝置
B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動
C．取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m
D．先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a
E．重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)B～D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度，回答以下問題：
（1）按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量？否（填“是”或“否”），長木板傾斜是否是為了平衡摩擦力？是（填“是”或“否”）．
（2）實驗中打出的一條紙帶如圖所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=0.77m/s²．
（3）某同學(xué)將有關(guān)數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計的表格中，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a-F圖象（如圖），造成圖線不過坐標原點最主要的一條原因是在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力．

次數(shù)	1	2	3	4	5
砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m/g	10	20	30	40	50
砝碼盤中砝碼的重力G/N	0.10	0.20	0.29	0.39	0.49
小車的加速度a/m•s-2	0.77	1.44	1.84	2.38	2.75

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小車做勻速運動列出方程，對合外力進行分析即可求解；
（2）在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，根據(jù)作差法求解加速度；
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，通過對小車受力分析即可求解．

解答 解：（1）當(dāng)物體小車勻速下滑時有：mgsinθ=f+（m+m₀）g
當(dāng)取下細繩和砝碼盤后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為（m+m₀）g，
由此可知該實驗中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
實驗前調(diào)節(jié)長木板傾斜是為了平衡摩擦力．
（2）在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即△x=aT²，
根據(jù)作差法可知，加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{（7.54-6.00）×1{0}^{-2}m}{2×（0.1s）^{2}}$=0.77m/s²；
（3）由圖象可知，當(dāng)外力為零時，物體有加速度，這說明在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力；
故答案為：（1）否；是；（2）0.77；（3）在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力．

點評 解答實驗問題的關(guān)鍵是正確理解實驗原理，加強基本物理知識在實驗中的應(yīng)用，同時不斷提高應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解答物理問題的能力．