Question

12．某實驗小組設(shè)計如圖（a）所示的裝置來探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系．通過改變小托盤和砝碼總質(zhì)量來改變小車受到的合外力，通過加減鉤碼來改變小車的總質(zhì)量．
（1）在本實驗中采用的科學(xué)方法是C（填正確答案標號）．

A．理想實驗法    B．等效替代法    C．控制變量法    D．實驗推理法
（2）實驗中為使小托盤和砝碼的總重力近似等于小車所受拉力，則小托盤和砝碼的總質(zhì)量m與小車和鉤碼的總質(zhì)量M應(yīng)該滿足的關(guān)系為m＜＜M．
（3）如圖（b）所示為本實驗中得到的一條清晰紙帶，已知實驗中使用的打點計時器打點頻率為50Hz，則這個加速度大小a=0.16$m/{s}_{\;}^{2}$．
（4）保持小車及車里鉤碼的總質(zhì)量不變，改變小托盤和砝碼的總質(zhì)量，經(jīng)過6次實驗，獲得了6組對應(yīng)的數(shù)據(jù)，在坐標紙上描點、畫線，得到如圖（c）所示的圖線．發(fā)現(xiàn)圖線不過原點，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)：并非人為的偶然誤差所致，那么你認為出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是小車運動中受到摩擦阻力．根據(jù)圖線計算出小車和鉤碼的總質(zhì)量為0.4kg．
（5）實驗小組保持小托盤和砝碼總質(zhì)量不變，改變小車里鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)操作把實驗得到的幾組數(shù)據(jù)畫成如圖（d）所示的圖象，為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該建議他改畫成a和$\frac{1}{M}$的關(guān)系圖象．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗采用了控制變量法；
（2）當小車的質(zhì)量遠大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大�。�
（3）根據(jù)$△x=a{T}_{\;}^{2}$求解加速度；
（4）根據(jù)實驗原理可知，a-F圖象中若有橫軸截距，表示當掛上鉤碼后的加速度仍是0，說明實驗沒有平衡摩擦力或平衡不夠，圖線斜率的倒數(shù)等于$\frac{1}{M}$，求出斜率即可求出小車質(zhì)量．
（5）為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該根據(jù)圖丙再畫出 a-$\frac{1}{M}$圖象．

解答 解：（1）小車質(zhì)量不變的情況下，研究小車的加速度與小車受到力的關(guān)系．這種研究方法叫控制變量法；故選：C
（2）在小托盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車和鉤碼的總質(zhì)量關(guān)系的前提下，小托盤和砝碼總重力才近似等于小車受到的合外力．
（3）根據(jù)$△x=a{T}_{\;}^{2}$求加速度，得$a=\frac{{x}_{3}^{\;}-{x}_{1}^{\;}}{2{T}_{\;}^{2}}=\frac{3.84cm-3.52cm}{2×（0.1s）_{\;}^{2}}$=$16cm/{s}_{\;}^{2}=0.16m/{s}_{\;}^{2}$
（4）從圖中發(fā)現(xiàn)有拉力時，沒有加速度．
所以原因可能是小車前進過程中受到滑動摩擦力．
根據(jù)F=Ma得a=$\frac{F}{M}$，
所以圖中圖線的斜率表示$\frac{1}{M}$．
圖線斜率$k=\frac{5}{2}$
所以M=0.4kg
（5）a-M的圖線是一條曲線，不能直觀地反映兩個物理量之間的關(guān)系，所以為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該根據(jù)圖丙再畫出 a-$\frac{1}{M}$圖象．
故答案為：（1）C       （2）m＜＜M       （3）0.16$m/{s}_{\;}^{2}$      （4）小車運動中受到摩擦阻力        0.4 kg    （5）$\frac{1}{M}$

點評 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(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學(xué)習(xí)和掌握．
要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．