Question

12．用如圖1所示裝置做“探究物體的加速度跟物體質量及所受外力的關系”的實驗．實驗時小車的質量為M，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力F，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度．
（1）實驗時先不掛鉤碼，反復調整墊木的位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是平衡小車受到的摩擦阻力．
（2）圖2為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數點到A點之間的距離，如圖所示．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a=1.0m/s²．（結果保留兩位有效數字）

（3）保持小車質量不變，改變所掛鉤碼的質量，根據測得的多組數據畫出a-F關系圖線，如圖3所示．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現象的主要原因可能是C．（選填下列選項的序號）

A．小車與平面軌道之間存在摩擦       B．平面軌道傾斜角度過大
C．所掛鉤碼的總質量過大             D．所用小車的質量過大
（4）保持所掛鉤碼的質量不變，改變小車質量M，根據測得的多組數據畫出a-$\frac{1}{M}$的關系圖象，如圖4所示，從圖象中可以看出，所掛鉤碼的重力：F=0.8N．

Answer 1

分析 （1）探究物體加速度與力的關系實驗中，要使小車受到的拉力等于鉤碼的重力，在實驗前應平衡摩擦力；
（2）根據紙帶數據，由△x=at²可求小車的加速度．
（3）為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應滿足砝碼和砝碼盤的質量遠小于小車的質量．
（4）根據圖象的性質及幾何關系可求得F大小，即可明確鉤碼的重力．

解答 解：（1）實驗時繩的下端先不掛鉤碼，反復調整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力．
（2）計數點間的時間間隔 t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小車的加速度a=$\frac{{x}_{CE}{-x}_{AC}}{{4t}^{2}}=\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）隨著力F的增大，即砝碼和小盤總質量的增大，不再滿足砝碼和小盤的質量遠小于小車的質量，因此曲線上部出現彎曲現象，故C正確；
（4）由牛頓第二定律可知a=$\frac{F}{m}$；故圖象中的斜率等于力F；則可知F=$\frac{0.32}{0.4}$=0.8N；
故答案為：（1）平衡小車受到的摩擦阻力  （2）1.0  （3）C   （4）0.8

點評 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去理解．對牛頓第二定律實驗中關鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質量遠小于小車質量的理由．