Question

5．为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供了如图1所示的实验装置．

（1）下列做法正确的是D．
A．平衡摩擦力时，用细线一端挂空砝码盘，另一端与小车相连，将木板适当倾斜，使小车在木板上近似做匀速直线运动
B．每次改变砝码及砝码盘总质量之后，应重新平衡摩擦力
C．应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码的总质量
D．在砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力
（2）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验．得到了两条a-F图线，如图2所示，图线B（选填“A”或“B”）是在轨道水平情况下得到的；滑块和轨道间的动摩擦因数μ=0.2（g取10m/s²）．
（3）如图3所示是某同学用打点计时器研究小车做匀变速直线运动时得到的一条纸带．图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1s，由图中的数据可计算得出，打C点时小车的速度大小是0.24m/s，小车运动的加速度大小是0.80m/s²．（均保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤．
（2）未平衡摩擦力时，F不等零，加速度a仍然为零，结合该特点确定哪条图线是在水平轨道上得出的，根据牛顿第二定律得出加速度的表达式，结合纵轴截距求出动摩擦因数．
（3）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的速度，根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出小车运动的加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故A错误．
B、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B错误．
C、在砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力，所以应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量，故C错误，D正确．
故选：D．
（2）由图线A可知，当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高．所以图线A是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．图线B中，F不等于零是，a仍然为零，可知未平衡摩擦力，图线B是在轨道水平情况下得到的．
在水平轨道上，根据牛顿第二定律得F-μmg=ma，解得a=$\frac{F}{m}-μg$，可知纵轴截距μg=2，解得μ=0.2；
（3）C点的瞬时速度${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{（2.00+2.81）×1{0}^{-2}}{0.2}$m/s=0.24m/s，根据△x=aT²，运用逐差法得，a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（2.81+3.60-1.20-2.00）×1{0}^{-2}}{4×0.01}$=0.80m/s²．
故答案为：（1）D，（2）B，0.2，（3）0.24，0.80．

点评 通过作出两个量的图象，然后由图象去寻求未知量与已知量的关系，运用数学知识和物理量之间关系式结合起来求解．