Question

7．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器频率为50Hz．

（1）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图所示，自A点起，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车的速度为0.85m/s，打A、F两点的过程中小车的平均速度为0.70m/s，小车的加速度为5m/s²．
（2）该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应保持小车的质量M不变．
（3）该同学通过数据的处理作出了a-F图象，如图所示，则
①图中的直线不过原点的原因是实验前木板右端垫得过高．
②图中的力F理论上指B，而实验中却用A表示，（选填字母）
A、砂和砂桶的重力   B、绳对小车的拉力
③此图中至县发生弯曲的原因是砂和砂桶的质量没有远小于车的质量．．

Answer 1

分析 该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，研究三者关系必须运用控制变量法．
纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的两个推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．
清楚实验中物理量的测量和替代条件．

解答 解：（1）利用匀变速直线运动的推论得出：E点时小车的速度为D、F两点的过程中小车的平均速度：${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{{t}_{DF}}=\frac{0.016+0.018}{2×0.02}=0.85m/s$
A、F两点的过程中小车的平均速度为：$\overline{{v}_{AF}}=\frac{{x}_{AF}}{{t}_{AF}}=\frac{0.01+0.012+0.014+0.016+0.018}{5×0.02}$=0.7m/s
小车的加速度为a=$\frac{△x}{△t}=\frac{0.012-0.01}{0.0{2}^{2}}$=5m/s²
（2）该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车的质量M不变．
（3）①图中当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，说明小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板右端垫得过高．
②图中的力F理论上指绳对小车的拉力，故选B．
而实验中却用砂和砂桶的重力表示，故选A．
③从图象上可以看出：F从0开始增加，砂和砂桶的质量远小于车的质量，慢慢的砂和砂桶的重力在增加，那么在后面
砂和砂桶的质量就没有远小于车的质量呢，那么绳子的拉力与砂和砂桶的总重力就相差大呢．
所以原因是砂和砂桶的质量没有远小于车的质量．
故答案为：（1）0.85，0.70，5
（2）细线对车的拉力F，小车的质量M
（3）①实验前木板右端垫得过高
②B，A
③砂和砂桶的质量没有远小于车的质量．

点评 实验问题需要结合物理规律去解决．
对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚．
数据处理时注意单位的换算．