题目内容

12．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，某学生将实验装置如图甲安装，准备接通电源后开始做实验．

（1）图中砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，试验中，为了使细线对小车的拉力等于小于所受的合外力，先调节滑轮的高度，使细线与长木板平行，接下来还需要进行的一项操作是B
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推一下小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推一下小车．观察判断小车是否做匀速运动
D．当改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力
（2）实验中要进行质量M和m的选取，才能认为绳子的拉力约等于mg，以下最合理的一组是D
A．M=100g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
B．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
C．M=200g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
D．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
（3）图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为SAB=4.22cm、SBC=4.65cm、SCD=5.08cm、SDE=5.49cm．已知打点计时器的工作周期为T=0.02s，则打点计时器打下c点时的速度大小为：VC=0.49m/s（结果保留2位有效数字），小车的加速度的符号表达式为：a=0.42　（用上面的符号表示）．
（4）在验证当小车的质量一定时，小车的加速度与合外力F的关系时，小华所在的实验小组根据实验数据作出了如图所示的a-F图象，其原因可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面的倾角大小；图线的斜率代表的物理意义是：$\frac{1}{M}$．

分析 （1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应平衡摩擦力；
（2）当沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，即m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（3）该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要．
（4）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

解答 解：（1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，即平衡摩擦力．故B正确、AC错误．
（2）当m＜＜M时，即当沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，绳子的拉力近似等于沙和沙桶的总重力．因此最合理的一组是D．
（3）相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为0.1s
由平均速度可求得瞬时速度；
则有：$\frac{4.65+5.08}{0.2}×1{0}^{-2}$=0.49m/s；
VC=利用匀变速直线运动的推论△x=at2，
sDE-sAB=3a1T2
sEF-sBC=3a2T2
sFG-sCD=3a3T2
a=$\frac{{{a}_{1}+a}_{2}{+a}_{3}}{3}$=0.42m/s2．
（4）在验证当小车的质量一定时，小车的加速度与合外力F的关系时，小华所在的实验小组根据实验数据作出了如图所示的a-F图象，
其原因可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面的倾角大小；
根据F=Ma得a=$\frac{F}{\;M}$
所以图线的斜率代表的物理意义是：小车总质量的倒数$\frac{1}{M}$
故答案为：（1）B；（2）D；（3）0.49；0.42；（4）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面的倾角大小；$\frac{1}{M}$

点评 实验问题需要结合物理规律去解决．实验中的第2题考查的是力学问题，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，会导致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力减小等现象，这些我们都要从学过的力学知识中解决．
纸带的处理是运用匀变速直线运动的两个推论去完成的．

练习册系列答案
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