Question

【題目】在驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，桶及桶中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶通過打點(diǎn)計時器打出的點(diǎn)計算出。

(1)某組同學(xué)用如圖甲所示裝置，采用控制變量的方法，來研究M不變的情況下，小車的加速度a與小車受到的力的關(guān)系。下列操作不正確的是______。

首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細(xì)繩對小車的拉力

平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動

每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力

實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力

實(shí)驗(yàn)中將小車靠近打點(diǎn)計時器，然后先放小車，再開打點(diǎn)計時器的開關(guān)

(2)該同學(xué)得到如圖乙所示的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點(diǎn)。相鄰兩點(diǎn)間的時間由此可算出小車的加速度______。

(3)該同學(xué)測得小車質(zhì)量M一定時，a與F的數(shù)據(jù)資料如下表所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在右圖坐標(biāo)系中描點(diǎn)畫出圖丙圖象________：根據(jù)圖象可以得出結(jié)論：______。

(4)某組同學(xué)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，畫出圖象如圖丁所示，那么該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題可能是______。

A.實(shí)驗(yàn)中摩擦力沒有平衡或平衡不足

B.實(shí)驗(yàn)中摩擦力平衡過度

C.實(shí)驗(yàn)中小車及其上砝碼質(zhì)量太大

D.實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量發(fā)生變化

(5)在驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)中，保持桶及桶中砝碼的質(zhì)量m一定，改變小車及車中砝碼的總質(zhì)量M測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與______的圖象。

(6)若實(shí)驗(yàn)過程中不滿足的條件，結(jié)果得到的圖象可能是下圖中______。

A. B. C. D.

Answer 1

【答案】5m/s2a與F成正比AD

【解析】

（1）探究加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西。平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力。操作過程是先接通打點(diǎn)計時器的電源，再放開小車。小車的加速度應(yīng)根據(jù)打出的紙帶求出；（2）應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的特點(diǎn)：求出加速度；（3）選擇合適的標(biāo)度，描點(diǎn)作圖，根據(jù)圖線確定a與F的關(guān)系。當(dāng)M一定時，a與F的圖線是過原點(diǎn)的直線，則a與F成正比；（4）當(dāng)M一定時，a與F的圖線是過原點(diǎn)的直線，則a與F成正比，根據(jù)圖象的特點(diǎn)結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理解答；反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系；當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量時，才能近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，否則圖象將會發(fā)生彎曲。

（1）實(shí)驗(yàn)首先要平衡摩擦力，使小車受到合力就是細(xì)繩對小車的拉力，故①正確；平衡摩擦力的方法就是，小車與紙帶相連，小車前面不掛小桶，把小車放在斜面上給小車一個初速度，看小車能否做勻速直線運(yùn)動，②錯誤；由于平衡摩擦力之后有，故．所以無論小車的質(zhì)量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，改變小車質(zhì)量即改變拉小車?yán)�力，不需要重新平衡摩擦力，③錯誤；實(shí)驗(yàn)中，要保證塑料桶和所添加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，這樣才能使得塑料桶和所添加砝碼的總重力近似等于細(xì)繩對小車的拉力，所以實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，④正確；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后放開小車，故⑤錯誤；
本題選不需要和不正確的，故選：②③⑤。
（2）由圖乙所示紙帶數(shù)據(jù)；再由，可知加速度為：；
（3）描點(diǎn)作圖，讓盡量多的點(diǎn)落在直線上或分居直線兩側(cè)，如圖所示：

根據(jù)圖象可以判定：因?yàn)?/span>a與F的圖線為過原點(diǎn)的傾斜直線，知當(dāng)M一定時，a與F的關(guān)系是a與F成正比；

（4）圖丁說明在拉力大于0時，物體的加速度才為0，說明合外力為0，即繩子的拉力被摩擦力平衡了，即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，也就是沒有將長木板的末端抬高或抬高不夠；

（5）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；
但，故a與成正比，而正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，故應(yīng)作圖象。
（6）故答該實(shí)驗(yàn)中當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量時，才能近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，隨著F的增大，即隨著鉤碼質(zhì)量增大，逐漸的鉤碼質(zhì)量不再比小車質(zhì)量小的多，因此會出現(xiàn)較大誤差，圖象會產(chǎn)生向下偏折現(xiàn)象，故ABC錯誤，D正確．