Question

20．甲、乙、丙三個實驗小組分別采用如圖甲、乙、丙所示的實驗裝置，驗證“當質量一定時，物體運動的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律．已知他們使用的小車完全相同，小車的質量為M，重物的質量為m，試回答下列問題：

（1）甲、乙、丙實驗中，必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小組是甲、乙、丙；
（2）實驗時，必須滿足“M遠大于m”的實驗小組是甲；
（3）實驗時，甲、乙、丙三組同學的操作均完全正確，他們作出的a-F圖線如圖丁中A、B、C所示，則甲、乙、丙三組實驗對應的圖線依次是C、A、B．
（4）實驗時，乙組同學得到的一條紙帶如圖戊所示，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數點，打點計時器所用電源的頻率為50Hz，根據所標的測量數據可算得：小車的加速度為0.16m/s²，打下2點時小車的速度為0.36m/s．

Answer 1

分析 （1）本實驗探究當質量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力的關系，三個實驗小組都需要平衡摩擦力；
（2）只有用重物的重力代替繩子的拉力，才需要滿足M＞＞m；
（3）若用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M≥m，隨著m的增大，不滿足M＞＞m時，圖象出現彎曲，還有兩組根據繩子拉力相等時，加速度的大小來判斷；
（4）根據△x=aT²求解加速度，根據勻變速直線運動的推論求出瞬時速度．

解答 解：（1）本實驗探究當質量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力的關系，所以三個實驗小組都需要平衡摩擦力，即甲乙丙都需要平衡摩擦力．
（2）乙和丙繩子的拉力可以由彈簧測力計和力傳感器直接得到，不需要用重物的重力代替，所以乙丙兩組不需要滿足M＞＞m，而甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M＞＞m．
（3）甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足M≥m，隨著m的增大，不滿足M＞＞m時，圖象出現彎曲，所以甲組對應的是C，
根據裝置可知，乙圖中小車受到的拉力大于彈簧測力計的示數，丙圖中受到的拉力等于力傳感器的示數，當F相等時，乙組的加速度大，所以乙組對應A，丙組對應B，
（4）每5個點取一個計數點，計數點間的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速直線運動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{（3.84-3.52）×1{0}^{-3}m}{2×（0.1s）^{2}}$=0.16m/s²；
打點2時小車的速度：v=$\frac{{x}_{1}+{x}_{2}}{2t}$=$\frac{（3.52+3.68）×1{0}^{-2}m}{2×0.1s}$=0.36m/s；
故答案為：（1）甲、乙、丙；（2）甲；（3）C、A、B；（4）0.16；0.36．

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據處理以及注意事項，同時要熟練應用所學基本規(guī)律解決實驗問題．探究加速度與力、質量關系實驗要采用控制變量法，當鉤碼的質量遠小于小車的總質量時，可以近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，若用力傳感器，則不需要滿足此條件．