题目内容

5.在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用图示实验装置,小车及车中的砝码质量用M′表示,盘及盘中的砝码质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出.

①一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究加速度与质量的关系时,以下做法错误的是:ACD
A.当满足M>>m时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力
B.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
C.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
D.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源
E.小车的加速度可用天平测出m及小车质量M,直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出.
②在保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度与所受合外力的关系时,由于平衡摩擦力时操作不当,二位同学得到的a-F关系分别如图2C、D所示(a是小车的加速度,F是细线作用于小车的拉力).其原因分别是:
C图:平衡摩擦力过度
D图:平衡摩擦力不足
③已知打点计时器使用的交流电频率为50HZ,纸带图中(图3)的点为计时点,利用给出的数据可求出小车的加速度a=0.64m/s2.

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项;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.

解答 解:①A、平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,是小车沿木板运动,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正确.
C、实验时,应先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理.故C错误.
D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量,如果用天平测出m以及小车质量M,直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出,这是在直接运用牛顿第二定律计算的,而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系.故D错误.
本题选错误的,故选:ACD;
②C图: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;
D图:从上图中发现直线没过原点,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,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足这个步骤.即倾角过小;
③每打5个点取一个计数点,相邻的计数点的时间间隔是0.1s;
根据△x=aT2可得:
a=$\frac{({x}_{4}+{x}_{5}+{x}_{6})-({x}_{1}+{x}_{2}+{x}_{3})}{(3T)^{2}}$=$\frac{[(9.68+10.33+10.95)-(7.74+8.41+9.05)]×0.01}{{(3×0.1)}^{2}}$=0.64m/s2
故答案为:
①ACD;
②平衡摩擦力过度;平衡摩擦力不足;
③0.64m/s2.

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及实验的注意事项,掌握纸带的处理,会通过纸带求解瞬时速度和加速度.

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