Question

20．利用圖一裝置可以做力學中的許多實驗，
（1）以下說法正確的是BD．
A．用此裝置“研究勻變速直線運動”時，必須設法消除小車和滑軌間的摩擦阻力的影響
B．用此裝置“研究勻變速直線運動”時，必須調整滑輪高度使連接小車的細線與滑軌平行
C．用此裝置“探究加速度a與力F的關系”每次改變砝碼及砝碼盤總質量之后，需要重新平衡摩擦力
D．用此裝置“探究加速度a與力F的關系”應使小盤和盤內砝碼的總質量遠小于小車的質量
（2）本裝置中要用到打點計時器，如圖二所示為實驗室常用的兩種計時器，其中甲裝置用的電源要求是A．
A．交流220V     B．直流220V    C．交流4-6V     D．直流4-6V

（3）在利用此裝置“探究加速度a與力F的關系”時，實驗中按規范操作打出的一條紙帶的一部分如圖三．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，則此次實驗中打點計時器打下A 點時小車的瞬時速度為0.52m/s．（結果保留2位有效數字）

Answer 1

分析 （1）利用圖示小車紙帶裝置可以完成很多實驗，在研究勻變速直線運動時不需要平衡摩擦力，“研究勻變速直線運動”時，細線必須與木板平行以保持加速度不變；在探究“小車的加速度a與力F的關系”時，根據牛頓第二定律求出加速度a的表達式，不難得出當鈞碼的質量遠遠大于小車的質量時，加速度a近似等于g的結論．
（2）甲裝置是電火花打點計時器，直接接220V交流電源，乙裝置是電磁式打點計時器，需接低壓交流電源；
（3）根據中間時刻的速度等于平均速度求解A點速度．

解答 解：（1）A、此裝置可以用來研究勻變速直線運動，但不需要平衡摩擦力，故A錯誤；
B、用此裝置“研究勻變速直線運動”時，必須調整滑輪高度使連接小車的細線與滑軌平行，保持小車的加速度不變．故B正確；
C、平衡摩擦力的方法是將木板帶打點計時器的一端適當墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面分力補償小車運動中所受阻力的影響，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立與質量無關，故改變質量后不需重新進行平衡，故C錯誤．
D、在利用該裝置來“探究物體的加速度與力、質量的關系”時，設小車的質量為M，小吊盤和盤中物塊的質量為m，設繩子上拉力為F，
以整體為研究對象有mg=（m+M）a
解得：$a=\frac{mg}{M+m}$
以M為研究對象有繩子的拉力為：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時才可以認為繩對小車的拉力大小等于小吊盤和盤中物塊的重力．故D正確；
（2）甲裝置是電火花打點計時器，直接接220V交流電源；
（3）根據中間時刻的速度等于平均速度得：${v}_{A}=\frac{x}{t}=\frac{（6.10-4.00）×1{0}^{-2}}{0.04}=0.52m/s$
故答案為：（1）BD；（2）A；（3）0.52

點評 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據處理以及注意事項，然后熟練應用物理規律來解決實驗問題，知道勻變速直線運動中間時刻的速度等于平均速度．