Question

15．在用圖甲所示的裝置“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，保持小車質(zhì)量一定時(shí)，驗(yàn)證小車加速度a與合力F的關(guān)系．

①除了電火花計(jì)時(shí)器、小車、砝碼、砝碼盤、細(xì)線、附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中必須使用的有ACE（選填選項(xiàng)前的字母）．
A．220V、50Hz的交流電源
B．電壓可調(diào)的直流電源
C．刻度尺
D．秒表
E．天平（附砝碼）
②為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的是AC．
A．調(diào)整長(zhǎng)木板上滑輪的高度使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行
B．在調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜度平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)當(dāng)將砝碼和砝碼盤通過細(xì)線掛在小車上
C．在調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜度平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)當(dāng)將穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上
③某同學(xué)得到了圖乙所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a=1.15m/s²（保留三位有效數(shù)字）．
④在本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，已知三位同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的a-F圖象如圖丙中的1、2、3所示．下列分析正確的是B（選填選項(xiàng)前的字母）．
A．出現(xiàn)圖線1的原因可能是沒有平衡摩擦力
B．出現(xiàn)圖線2的原因可能是砝碼和砝碼盤的質(zhì)量不合適
C．出現(xiàn)圖線3的原因可能是在平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾斜度過大
⑤在本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是系統(tǒng)誤差（選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”）．設(shè)拉力的真實(shí)值為F_真，小車的質(zhì)量為M，為了使$\frac{mg-{F}_{真}}{{F}_{真}}$＜5%，應(yīng)當(dāng)滿足的條件是$\frac{m}{M}$＜5%．

Answer 1

分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇實(shí)驗(yàn)器材，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，同時(shí)要調(diào)整長(zhǎng)木板上滑輪的高度使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，根據(jù)作差法求解加速度，根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合圖象特點(diǎn)分析產(chǎn)生的原因，分別對(duì)小車和整體根據(jù)牛頓第二定律列式求解即可．

解答 解：①電火花計(jì)時(shí)器需要220V、50Hz的交流電源，要用刻度尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)跡的距離，需要天平測(cè)量小車的質(zhì)量，故需要ACE，故選：ACE
②為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)應(yīng)當(dāng)將穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜度，讓小車拖著紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要調(diào)整長(zhǎng)木板上滑輪的高度使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，故AC正確，B錯(cuò)誤；故選：AC
③從第一個(gè)點(diǎn)開始，每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，根據(jù)紙帶可知，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離依次為x₁=2.61-0.90cm=1.71cm=0.0171m，
x₂=5.50-2.61cm=2.89cm=0.0289m，x₃=9.50-5.50cm=4.00cm=0.0400m，時(shí)間間隔T=0.1s，
根據(jù)作差法得a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{T}^{2}}$=$\frac{0.0400-0.0171}{2×0．{1}^{2}}$=1.15m/s²；
④A、根據(jù)圖象1可知，當(dāng)沒有掛砝碼、砝碼盤時(shí)，小車產(chǎn)生了加速度，因此說(shuō)明平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大，故A錯(cuò)誤；
B、根據(jù)圖象2可知，隨著F的增大，即砝碼、砝碼盤的質(zhì)量增大，不再滿足砝碼、砝碼盤質(zhì)量小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，故B正確；
C、根據(jù)圖象3可知，當(dāng)掛上砝碼、砝碼盤時(shí)，小車的加速度還是為零，說(shuō)明沒有平衡摩擦力或平衡的不夠，故C錯(cuò)誤；
故選：B
⑤在本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是系統(tǒng)誤差，
對(duì)小車，根據(jù)牛頓第二定律得：a=$\frac{{F}_{真}}{M}$，
對(duì)整體，根據(jù)牛頓第二定律得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
且$\frac{mg-{F}_{真}}{{F}_{真}}$＜5%，解得：$\frac{m}{M}$＜5%．
故答案為：①ACE；②AC；③1.15；④B；⑤系統(tǒng)誤差；5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)誤差分析等問題；對(duì)于實(shí)驗(yàn)問題一定要明確實(shí)驗(yàn)原理，并且親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題，注意平衡摩擦力的細(xì)節(jié)，理解a-F圖象不直的原因．