Question

10．2013年6月20日上午十點(diǎn)，“神舟十號(hào)”航天員王亞平，首次面向全國(guó)六千多萬(wàn)中小學(xué)生開(kāi)展太空授課和天地互動(dòng)交流等科普教育活動(dòng)，其中“測(cè)質(zhì)量”最令人好奇和著迷．女航天員王亞平在太空授課時(shí)，解釋太空測(cè)質(zhì)量的原理是應(yīng)用了牛頓第二定律；物體受到作用力與產(chǎn)生加速度的比值，即得質(zhì)量．
某同學(xué)受到啟發(fā)，想利用“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量小車(chē)質(zhì)量．如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖中A為小車(chē)，B為裝有砝碼的小盤(pán)，C為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板，小車(chē)通過(guò)紙帶與電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相連，計(jì)時(shí)器接50Hz交流電

（1）下列說(shuō)法正確的是BCD
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將砝碼盤(pán)及盤(pán)內(nèi)砝碼通過(guò)定滑輪拴在小車(chē)上
B．連接砝碼盤(pán)和小車(chē)的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)
D．小車(chē)釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車(chē)
（2）圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡其，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒(méi)有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖乙所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a=1.0m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測(cè)量得到的a-F圖象如圖丙所示，可能是圖中的圖線(xiàn)丙（選填“甲”“乙”或“丙”），設(shè)圖中直線(xiàn)的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律可知，小車(chē)的質(zhì)量為$\frac{1}{k}$
（4）該同學(xué)遺漏了平衡摩擦力，這對(duì)求解小車(chē)的質(zhì)量有無(wú)影響？無(wú)（填“有”或“無(wú)”）

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚；
（1）如果沒(méi)有平衡摩擦力的話(huà)，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)有拉力時(shí)，物體不動(dòng)的情況．
（2）小車(chē)做的是勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可由△x=at²求解加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車(chē)上拿去，輕輕推動(dòng)小車(chē)，使小車(chē)沿木板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車(chē)是否勻速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B、若連接砝碼盤(pán)和小車(chē)的細(xì)繩與長(zhǎng)木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車(chē)的外力，這樣導(dǎo)致誤差增大，故B正確；
C、每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)要求開(kāi)始小車(chē)要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故D正確．
故選：BCD；
（2）由△x=aT²得：
即a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{（2T）^{2}}$
解得：a=$\frac{0.216-0.0879-0.0879}{0．{2}^{2}}$=1.0m/s²
（3）遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)有拉力時(shí)，物體不動(dòng)的情況．故圖線(xiàn)為丙．
設(shè)圖中直線(xiàn)的斜率均為k，根據(jù)牛頓定律F=ma可知，
則有：a=$\frac{1}{m}F$，小車(chē)的質(zhì)量為m=$\frac{1}{k}$；
（4）該同學(xué)遺漏了平衡摩擦力，則會(huì)出現(xiàn)甲圖象，但圖象的斜率不變，那么這對(duì)求解小車(chē)的質(zhì)量無(wú)影響，
故答案為：（1）BCD；（2）1.0；（3）丙，$\frac{1}{k}$；（4）無(wú)．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于實(shí)驗(yàn)我們要明確實(shí)驗(yàn)原理、具體實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時(shí)要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由，比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等；
會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析分析為什么要平衡摩擦力和讓小車(chē)的質(zhì)量M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶（及砝碼）的質(zhì)量m，且會(huì)根據(jù)原理分析實(shí)驗(yàn)誤差．紙帶的處理在高中實(shí)驗(yàn)中用到多次，需要牢固的掌握．
同時(shí)掌握?qǐng)D象的斜率含義，也是解題的突破口．