Question

13．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置“探究加速度與力的關(guān)系”．已知小車的質(zhì)量M，砝碼盤的質(zhì)量m₀，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f=50Hz．

（1）探究方案的實(shí)驗(yàn)步驟
A．按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；
B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)；
C．取下細(xì)繩和砝碼盤，記錄砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；
D．將小車緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源后放開小車，得到一條打點(diǎn)清晰的紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；
E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m，重復(fù)多次步驟B～D，得到多組m、a．
（2）記錄數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析
①實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=0.9m/s²．（保留1位有效數(shù)字）
②實(shí)驗(yàn)小組認(rèn)為小車受到的合外力F=mg，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和紙帶，將計(jì)算得到合外力和加速度填入設(shè)計(jì)的表中（表略）．
③建立a-F坐標(biāo)系，利用②中得到的表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)得到如圖丙所示的圖線．根據(jù)圖線，結(jié)論“小車加速度a與外力F成正比”是不成立（選填“成立”或“不成立”）的；已知圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)A的坐標(biāo)是（-0.08，0），由此可知，砝碼盤的重力（填實(shí)驗(yàn)中有關(guān)物理量的名稱）等于0.08N．（已知數(shù)據(jù)測(cè)量是準(zhǔn)確的）
（3）方案評(píng)估
如果認(rèn)為小車受到的合外力等于砝碼盤和砝碼的總重力，即F=（m₀+m）g，實(shí)驗(yàn)中是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？否（選填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 （2）在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，根據(jù)作差法求解加速度；
由圖象可知，當(dāng)外力為零時(shí)，物體有加速度，通過對(duì)小車受力分析即可求．
（3）根據(jù)小車做勻速運(yùn)動(dòng)列出方程，對(duì)合外力進(jìn)行分析即可求解．

解答 解：（2）①由圖示紙帶可知，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：t=0.02×5=0.1s，
在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即△x=at²，
加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}+{x}_{4}-{x}_{2}}{4{t}^{2}}$=$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}）-（{x}_{1}+{x}_{2}）}{4{t}^{2}}$=$\frac{（7.75+8.64）×1{0}^{-2}m-（6.00+6.87{）×10}^{-2}m}{4×（0.1s）^{2}}$≈0.9m/s²．
③由圖示圖象可知，圖象是不過原點(diǎn)的傾斜直線，a與F不成正比；
由圖象可知，當(dāng)F=0時(shí)，物體有加速度，這說明在計(jì)算小車所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤的重力、砝碼盤的重力，
圖線延長線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是砝碼盤的重力大小，砝碼盤的重力大小為：0.08N．
（3）當(dāng)物體小車勻速下滑時(shí)有：mgsinθ=f+（m+m₀）g，當(dāng)取下細(xì)繩和砝碼盤后，
由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不變，因此其合外力為（m+m₀）g，
由此可知該實(shí)驗(yàn)中不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（2）①0.9；③不成立；砝碼盤的重力；（3）否．

點(diǎn)評(píng) 本題考查“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，知道實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)，同時(shí)明確利用逐差分求解加速度的基本思路和方法，并能根據(jù)函數(shù)關(guān)系分析圖象的性質(zhì)．