Question

9．如图1所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图．图中A为小车，质量为m₁，连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，p的质量为m₂，C为弹簧测力计，实验时改变p的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与定滑轮、动滑轮之间的摩擦．
（1）电火花打点计时器工作电压为220V的交流电．
（2）图2为某次实验得到的纸带，各计数点之间的距离已经标在纸带上，交流电的频率为50Hz，
由此可求得小车的加速度的大小是3.88m/s²，打点计时器在打下D点时小车的速度为1.69m/s．
（结果保留三位有效数字）

（3）某同学用图1装置进行实验，保持木板水平，多次改变p的质量，读出测力计不同读数F，求出加速度．以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，得到的a-F图象正确的是图3中的C

（4）利用图1实验装置来探究“小车的加速度与合力的关系”，并把弹簧测力计的示数作为小车受到的合力，那么实验中应采取的改进措施是将小车右端细绳拿掉，调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，小车的质量m₁与P的质量m₂不需要（填“需要”、“不需要”）满足m₁ 远大于 m₂．

Answer 1

分析 电火花打点计时器工作电压为220V交流电压，每隔0.02s打一个点；该实验必须要平衡摩擦；由于该实验的连接方式，小车是在绳的拉力下加速运动，故不要求重物质量远小于小车质量；根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²求解加速度，如果没有平衡摩擦力的话，就会出现当有拉力时，物体不动的情况．

解答 解：（1）电火花打点计时器工作电压为220V交流电压；
（2）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²，有：a=$\frac{0.0707+0.0645-0.0584-0.0520}{4×0.0{4}^{2}}=3.88m/{s}^{2}$
打点计时器在打下D点时小车的速度为${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{4T}=\frac{0.0645+0.0707}{0.08}=1.69m/s$
（3）某同学用图1装置进行实验，保持木板水平，则没有平衡摩擦力，所以当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，所以可能是图中的图线C．
（4）把弹簧测力计的示数作为小车受到的合力，需要平衡摩擦力，即将小车右端细绳拿掉，调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，由于不需要用P的重力代替绳子的拉力，所以不需要满足m₁ 远大于m₂．
故答案为：（1）220；（2）3.88；1.69；（3）C；（4）将小车右端细绳拿掉，调节木板的倾斜度以平衡摩擦力；不需要．

点评 这个是课本参考实验的改进版，用这种方法可以准确得到小车受到的合外力，而不需要用重物的重力来近似代替，是一个比课本参考方案更好的办法，题目价值很高．