题目内容

14．某实验小组应用如图1所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50Hz．实验步骤如下：
A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．

根据以上实验过程，回答以下问题：
（1）对于上述实验，下列说法正确的是C．
   A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等
B．实验过程中砝码盘处于超重状态
C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半
E．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
（2）图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7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、SEF=5.91cm、SFG=6.34cm．已知打点计时器的工作频率为50Hz，则a=0.42m/s2（结果保留两位有效数字）．
（3）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，图3中与本实验相符合的是A．

分析 （1）根据实验原理，可知小车的加速度与砝码盘的加速度不等，但弹簧测力计的读数为小车所受合外力，砝码加速度向下，处于失重状态，不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件；
（2）在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，根据作差法求解加速度；
（3）数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，应该是过原点的一条倾斜直线．

解答 解：（1）A、由图可知，小车的加速度是砝码盘的加速度大小的2倍，故A错误；
B、实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故B错误；
C、小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；
D、实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故D错误；
E、由于不是砝码的重力，即为小车的拉力，故不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件，故E错误；
故选：C
（2）设相邻两个计数点之间的位移分别为x1、x2、x3、x4，相邻两个计数点之间的时间间隔T=5×0.02=0.1s，
由△x=aT2结合作差法得：a=$\frac{{（x}_{4}+{x}_{5}+{x}_{6}）-（{x}_{1}+{x}_{2}+{x}_{3}）}{9{T}^{2}}$=$\frac{（5.49+5.91+6.34）×1{0}^{-2}m-（4.22+4.65+5.08）×1{0}^{-2}m}{9×（0.1s）^{2}}$≈=0.42m/s2；
（3）由牛顿第二定律得：a=$\frac{1}{m}$F，小车质量m一定，a与F成正比，a-F图象应该是一条过原点的倾斜直线，由图示图象可知，A正确，BCD错误；
故选：A．
故答案为：（1）C；（2）0.42；（3）A．

点评 解答实验问题的关键是正确理解实验原理，加强基本物理知识在实验中的应用，同时不断提高应用数学知识解答物理问题的能力；掌握求加速度的方法，注意单位的统一，同时理解由图象来寻找加速度与合力的关系．

练习册系列答案
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