Question

4．某實驗小組應用如圖甲所示裝置“探究加速度與物體受力的關系”，已知小車的質量為M，砝碼和砝碼盤的總質量為m，所使用的打點計時器所 接的交流電的頻率為50Hz，實驗步驟如下：
A．按圖甲所示，安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直；
B．調節長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運動；
C．掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度；
D．改變砝碼盤中砝碼的質量，重復步驟C，求得小車在不同合力作用下的加速度．
根據以上實驗過程，回答以下問題：
（1）對于上述實驗，下列說法正確的是B．
A．小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等
B．彈簧測力計的讀數為小車所受合外力
C．實驗過程中砝碼處于超重狀態
D．砝碼和砝碼盤的總質量應遠小于小車的質量
（2）實驗中打出的一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車的加速度為0.16m/s²．（結果保留2位有效數字）
（3）由本實驗得到的數據作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數F的關系圖象（如圖丙），與本實驗相符合的是A．

Answer 1

分析 （1）根據實驗原理，可知小車的加速度與砝碼盤的加速度不等，但彈簧測力計的讀數為小車所受合外力，砝碼加速度向下，處于失重狀態，不需要砝碼和砝碼盤的總質量應遠小于小車的質量的條件；
（2）在勻變速直線運動中連續相等時間內的位移差為常數，根據作差法求解加速度；
（3）數據作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數F的關系圖象，應該是過原點的一條傾斜直線．

解答 解：（1）A、由圖可知，小車的加速度是砝碼盤的加速度大小的2倍，故A錯誤；
B、已經平衡摩擦力，彈簧測力計的讀數為小車所受合力，故B正確；
C、實驗過程中，砝碼向下加速運動，處于失重狀態，故C錯誤；
E、小車所受拉力可以由測力計測出，實驗不需要控制砝碼和砝碼盤的總質量應遠小于小車的質量，故D錯誤；故選：B．
（2）由圖示紙帶可知，相鄰兩個計數點之間的時間間隔t=5×0.02=0.1s，
由△x=aT²可知加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{（3.84-3.52）×1{0}^{-2}m}{2×（0.1s）^{2}}$≈0.16m/s²；
（3）由題意可知，小車的加速度a與彈簧測力計的示數F的關系應該是成正比，即為過原點的一條傾斜直線，故A符合；故選：A．
故答案為：（1）B；（2）0.16；（3）A．

點評 解答實驗問題的關鍵是正確理解實驗原理，加強基本物理知識在實驗中的應用，同時不斷提高應用數學知識解答物理問題的能力；掌握求加速度的方法，注意單位的統一，同時理解由圖象來尋找加速度與合力的關系．