Question

20．《探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．（a）在研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系中，需要保持小沙袋的質(zhì)量不變，而去改變小車質(zhì)量，來探究小車運(yùn)動加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系．（b）在實(shí)驗(yàn)中，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，要把斜面右端墊高一些，以平衡摩擦力，使小車受到合力等于繩對小車的拉力；那么在每次改變小車質(zhì)量后，是否要重新平衡摩擦力？不要（填“不要”或“要”）．（c）在尋找加速度和質(zhì)量的關(guān)系，采用圖象方法處理數(shù)據(jù)，圖象坐標(biāo)應(yīng)該選用a-$\frac{1}{m}$（填“a一m”或“a一1/m”）

（d）在“探究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源頻率為50Hz：所使用重錘質(zhì)量為0.5kg，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?.79m/s²．某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中的紙帶如圖所示，圖中標(biāo)出A、B、C、D各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離；其中A點(diǎn)到O點(diǎn)之間不知打了幾個(gè)點(diǎn)，但A、B、C、D各點(diǎn)之間只打一個(gè)點(diǎn)．若實(shí)驗(yàn)中取打0點(diǎn)時(shí)重錘位置為零重力勢能參考平面，則打點(diǎn)器在打C點(diǎn)時(shí)，重錘的速度大小是2.33m/s，州s，重力勢熊是-1.37J，機(jī)械能是-0.0100J．（要求保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）探究加速度與質(zhì)量和合力的關(guān)系，采用控制變量法，實(shí)驗(yàn)時(shí)需平衡摩擦力，改變小車的質(zhì)量，不需重新平衡摩擦力，為了得出加速度與質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)作出線性關(guān)系圖線．根據(jù)牛頓第二定律，運(yùn)用整體法和隔離法得出拉力的表達(dá)式，從而得出細(xì)線對小車的拉力等于塑料桶和砝碼的重力的條件．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出C點(diǎn)的瞬時(shí)速度，知道零勢能點(diǎn)，根據(jù)E_p=mgh可以求出C點(diǎn)的重力勢能，機(jī)械能等于動能和勢能之和．

解答 解：（a）研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要保持小沙袋的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，來探究小車運(yùn)動加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系．
（b）平衡摩擦力后，小車重力沿木板方向的分力等于小車受到的滑動摩擦力，改變小車的質(zhì)量后，不需要重新平衡摩擦力．
（c）由牛頓第二定律可知：a=$\frac{F}{m}$=$\frac{1}{m}$F，在F一定時(shí)a與$\frac{1}{m}$成正比，為了方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，
應(yīng)用圖象法處理探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需作出線性關(guān)系圖線，所以應(yīng)作a-$\frac{1}{m}$圖線．
（d）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律可知C點(diǎn)的速度等于BD段的平均速度，因此有：v_C=$\frac{{x}_{BD}}{4T}$=$\frac{0.3815-0.1950}{4×0.02}$≈2.33m/s；
若實(shí)驗(yàn)中取打O點(diǎn)時(shí)重物位置為零重力勢能參考平面，則C點(diǎn)的重力勢能為：E_P=-mgh_OC=-0.5×9.79×280.5×10^-3J=-1.37J
C點(diǎn)的動能為：E_K=$\frac{1}{2}$mv_C²=$\frac{1}{2}$×0.5×2.33²≈1.36J，C點(diǎn)的機(jī)械能為：E=E_p+E_k=-1.37J+1.36J=-0.0100J；
故答案為：2.33，-1.37，-0.01
故答案為：（a）小沙袋的質(zhì)量；（b）不要；（c）a-$\frac{1}{m}$；（d）2.33；-1.37；-0.0100．

點(diǎn)評 只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目，而實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)，故要加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握．
紙帶問題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問題．我們可以紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)速度等．