Question

19．圖甲為“探究加速度與物體受力的關系”的實驗裝置示意圖，沙和沙桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M．實驗中用沙和沙桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小．

（1）實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是B
A．將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節m的大小，使小車在沙和沙桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
B．將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去沙和沙桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
C．將長木板的一端墊起適當的高度，撤去沙和沙桶，輕推小車，判斷小車是否做勻速運動．
（2）實驗中要進行質量m和M的選取，以下最合理的一組是C
A．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（3）圖乙是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數點，相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數點之間的距離分別為：S_AB=4.22cm、S_BC=4.65cm、S_CD=5.08cm、S_DE=5.49cm、S_EF=5.91cm、S_FG=6.34cm．已知打點計時器的工作頻率為50Hz，則小車的加速度a=0.42m/s²（結果保留2位有效數字）．
（4）由本實驗得到的數據作出小車的加速度a與沙和沙桶總重力F的關系圖象，與本實驗相符合的是C
（5）若利用圖甲進行實驗，在實際情況中，沙和沙桶總重力大小大于（填“大于”、“小于”或“等于”）細線對小車拉力的大小．為了減小誤差，要求沙和沙桶總質量m遠小于（填“遠大于”或“遠小于”）小車質量M．某實驗小組對本實驗的裝置進行了改進，他們利用如圖丁的裝置來進行實驗，實驗中彈簧測力計的示數等于（填“大于”、“小于”或“等于”）細線對小車拉力的大小．

Answer 1

分析 （1）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應平衡摩擦力；
（2）當沙和沙桶總質量遠遠小于小車和砝碼的總質量，即m＜＜M時才可以認為繩對小車的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（3）根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
（3）抓住實驗中未平衡摩擦力確定正確的圖線．
（4）實驗中認為沙和沙桶重力等于繩子的拉力，結合牛頓第二定律分析判斷實際拉力與沙和沙桶重力的關系

解答 解：（1）為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動，即平衡摩擦力．故選B
（2）當m＜＜M時，即當沙和沙桶總質量遠遠小于小車和砝碼的總質量，繩子的拉力近似等于沙和沙桶的總重力．因此最合理的一組是C．
故選：C．
（3）相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出，相鄰的計數點時間間隔為T=0.1s，
利用勻變速直線運動的推論△x=at²，得：
s_DE-s_AB=3a₁T²
s_EF-s_BC=3a₂T²
s_FG-s_CD=3a₃T²
為了更加準確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{5.49cm+5.91cm+6.34cm-4.22cm-4.65cm-5.08cm}{（3×0.1s）_{\;}^{2}}$=$42cm/{s}_{\;}^{2}$=0.42m/s²    
（4）本實驗未平衡小車的摩擦力，所以與實驗相符的圖象是C
（5）在本實驗中，我們認為細線拉力的大小等于沙和沙桶（其總質量為m）的總重力，而實際上細線的拉力：
mg-T=ma，
得：T=mg-ma，故細線的拉力小于沙和沙桶的總重力．
為了減小誤差，實驗時應要求沙和沙桶的質量遠小于小車的質量；
利用如圖丁的裝置來進行實驗，根據同一根繩子張力處處相同，實驗中彈簧測力計的示數等于細線對小車的拉力
故答案為：（1）B       （2）C      （3）0.42     （4）C     （5）大于       遠小于      等于

點評 要提高應用勻變速直線的規律以及推論解答實驗問題的能力，只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數據的處理都與實驗原理有關，故要加強對實驗原理的學習和掌握．