Question

20．某同學用圖1的實驗裝置探究“小車加速度與力”的關(guān)系，圖中A為小車，連接在后面的紙帶穿過打點計時器
B的限位孔，它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上，C為彈簧測力計，P為帶有滑輪及砝碼的盤，通過增減盤中的砝碼可調(diào)節(jié)A受到的拉力．實驗中，小車碰到定滑輪時，盤和砝碼尚未到達地面．

（1）調(diào)節(jié)P中的砝碼，先接通電源、再松開小車，觀察發(fā)現(xiàn)彈簧測力計C的示數(shù)如圖2時，打點計時器打下的紙帶如圖3所示，已知打點計時器工作頻率為50Hz，可求得：（保留三位有效數(shù)字）
①滑塊運動的加速度a=4.99m/s² ；
②小車A的質(zhì)量為m_A=0.421 kg，與真實值相比，求得小車A的質(zhì)量偏大（選填“偏大”或“偏小”）．寫出支持你的看法的一個論據(jù)：沒有考慮紙帶對小車的拉力、小車 受到的阻力．
（2）利用此裝置還可以驗證A、P組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，若選用圖3中紙帶上的M、N兩點進行驗證，已知小車A的質(zhì)量為m_A，回答下列問題：（重力加速度為g）
①下列物理量中，還需測量或計算的是ABD．（填入正確選項前的字母）
A．P的總質(zhì)量m_P  B．M點的速度v_M和N點的速度v_N
G．OG兩點間的距離h_OG   D．MN兩點間的距離h_MN E．小車從M運動到N的時間t _AN
②AP系統(tǒng)從M到N的過程中，重力勢能的減小量為△Ep=$\frac{1}{2}$m_Pgh_MN ，動能的增加量為△E_k=$\frac{1}{2}$（m_A+$\frac{1}{4}$m_P）（${v}_{N}^{2}$-${v}_{M}^{2}$）．（用測量或計算的物理量字母表示）

Answer 1

分析 根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)牛頓第二定律進行分析求解．
該實驗中需要計算重量勢能的減小量和動能的增加量，由此可知需要測量的物理量．

解答 解：（1）由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有1個點，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.04s，
根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{0.0762+0.0680+0.0599-0.0520-0.0438-0.0362}{{（3×0.04）}^{2}}$=4.99m/s² ；
彈簧測力計C的示數(shù)F=2.10N，
根據(jù)牛頓第二定律得：小車A的質(zhì)量為m_A=$\frac{2.1}{4.99}$=0.421 kg．
由于沒有考慮紙帶對小車的拉力、小車 受到的阻力，小車實際合力小于細繩的拉力，所以與真實值相比，求得小車A的質(zhì)量偏大．
（2）利用此裝置還可以驗證A、P組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，
MN兩點間的距離h_MN ，AP系統(tǒng)從M到N的過程中，P下降距離為$\frac{1}{2}$h_MN ，
P的總質(zhì)量m_P，重力勢能的減小量為△E_p=$\frac{1}{2}$m_Pgh_MN ，
根據(jù)動滑輪的規(guī)律得P的速度為A的$\frac{1}{2}$，設(shè)M點的速度v_M和N點的速度v_N，
所以動能的增加量為△E_k=$\frac{1}{2}$（m_A+$\frac{1}{4}$m_P）（${v}_{N}^{2}$-${v}_{M}^{2}$），
所以需測量或計算的是P的總質(zhì)量m_P，M點的速度v_M和N點的速度v_N，MN兩點間的距離h_MN．
故選：ABD．
故答案為：（1）①4.99m/s²  ②0.421 kg；偏大；沒有考慮紙帶對小車的拉力、小車 受到的阻力
（2）①ABD②$\frac{1}{2}$m_Pgh_MN ；$\frac{1}{2}$（m_A+$\frac{1}{4}$m_P）（${v}_{N}^{2}$-${v}_{M}^{2}$）

點評 要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項．