Question

13．在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時，采用如圖1所示的實驗裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．
（1）實驗備有下列器材：打點計時器，低壓交流電源，紙帶和復(fù)寫紙，導(dǎo)線，細(xì)線，小車，砝碼和小盤，帶滑輪的長木板，刻度尺．天平．（填寫主要儀器）
（2）某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來做實驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是B．
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力
C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源
D．用天平測出m以及小車質(zhì)量M，小車運動的加速度可直接用公式a=mg/M求出
（3）另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖2和圖3所示，其原因分別是：
圖2：沒有滿足m＜＜M；
圖3：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（4）圖4是用紙帶拖動小車用打點計時器測定勻變速運動的加速度打出的一條紙帶．A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的記數(shù)點．相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1秒．試求：
①打點計時器打下B、D點時小車的即時速度，V_B=0.26m/s；V_D=0.34m/s；
②小車的加速度a=0.4m/s²．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗原理與實驗器材確定還需要的實驗器材．
（2）實驗前應(yīng)平衡摩擦力，平衡摩擦力后在實驗過程中不需要再平衡摩擦力，實驗時應(yīng)先接通電源然后再放開小車．
（3）當(dāng)盤及盤中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼總質(zhì)量時，可以認(rèn)為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．平衡摩擦力時，不能掛盤；實驗過程中，應(yīng)保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應(yīng)由紙帶求出．
（4）應(yīng)用勻變速直線運動的推論求出瞬時速度，應(yīng)用加速度的定義式求出加速度．

解答 解：（1）實驗需要測量小車質(zhì)量、砝碼和盤的質(zhì)量，測量質(zhì)量需要用天平，因此還需要的器材為：天平．
（2）A、平衡摩擦力時，不能將及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上．故A錯誤．
B、改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實驗時，先接通電源，再釋放小車．故C錯誤．
D、小車運動的加速度通過紙帶求出，不能通過a=$\frac{mg}{M}$求出．故D錯誤．故選：B．
（3）由圖2所示圖象可知，隨著F的增大，即砝碼和盤的質(zhì)量增大，不再滿足砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．
由圖3所示圖象可知，F(xiàn)大于零時，加速度為零，知沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力時長木板的傾角過�。�
（4）①打點計時器打下B點時小車的即時速度：V_B=$\frac{AC}{2t}$=$\frac{0.05200}{2×0.1}$=0.26m/s；
打點計時器打下D點時小車的即時速度：V_D=$\frac{CE}{2t}$=$\frac{0.12000-0.05200}{2×0.1}$=0.34m/s；
②小車的加速度a=$\frac{{v}_{D}-{v}_{B}}{2t}$=$\frac{0.34-0.26}{2×0.1}$=0.4m/s²．
故答案為：（1）天平；（2）B；（3）沒有滿足m＜＜M；沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；（4）①0.26；0.34；②0.4．

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(shù)據(jù)處理以及注意事項，注意實驗的條件是：砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，此時才有繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．