Question

17．圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M．實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)�力的大小�?br />
（1）某小組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn)，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是C．
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，需要重新平衡摩擦力
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開(kāi)小車
D．用天平測(cè)出m以及M，小車運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（2）實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是C
A．M=20g，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2 是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出．量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為x₁=4.22cm、x₂=4.65cm、x₃=5.08cm、x₄=5.49cm、x₅=5.91cm、x₆=6.34cm．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，則小車的加速度a=0.421m/s²（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．
（4）該小組同學(xué)保持小車以及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系時(shí)，由于他們操作不當(dāng)，這組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖3所示，①圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；②圖線上端彎曲的原因是未滿足小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于沙和沙桶桶質(zhì)量m．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力；實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源然后釋放小車；根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出加速度．
（2）重物加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對(duì)細(xì)線的拉力小于重力，要使其對(duì)細(xì)線的拉力近似等于重力，應(yīng)該使加速度減小，即重物的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（3）根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量，運(yùn)用逐差法求出小車的加速度．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)要平衡摩擦力，要控制小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量，分析圖示圖象答題．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上，故A錯(cuò)誤；
B、實(shí)驗(yàn)前平衡摩擦力后每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，故B錯(cuò)誤；
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開(kāi)小車，故C正確；
D、根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求出加速度，故D錯(cuò)誤；故選C．
（2）當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量時(shí)可以近似任務(wù)小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力，由數(shù)據(jù)可C組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)合適，故選C；
（3）相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{4-}{x}_{1}+{x}_{5}-{x}_{2}+{x}_{6}-{x}_{3}}{9{t}^{2}}$=$\frac{0.0549-0.0422+0.0591-0.0465+0.0634-0.0508}{9×0．{1}^{2}}$≈0.421m/s²；
（4）①恰好平衡摩擦力后小車受到的合力等于繩子拉力，a-F圖象過(guò)原點(diǎn)，由圖示圖象可知，a-F圖象在F軸上有截距，這是由于沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的；
②當(dāng)小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量m時(shí)可以近似認(rèn)為小車受到的合力等于砂與砂桶的重力，當(dāng)不滿足M遠(yuǎn)大于m時(shí)小車受到的拉力明顯小于砂與砂桶重力，a-F圖象發(fā)生彎曲．
故答案為：（1）C；（2）C；（3）0.421；（4）沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；未滿足小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于沙和沙桶桶質(zhì)量m．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)誤差分析等問(wèn)題，是實(shí)驗(yàn)的常考問(wèn)題，一定要掌握；掌握基礎(chǔ)知識(shí)即可解題，平時(shí)要注意基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解．