Question

11．用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)：
①下面列出了一些實(shí)驗(yàn)器材：
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶滑輪的長木板、墊塊、小車和砝碼、砂和砂桶．除以上器材外，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：BCD．（多選）
A．秒表     　　　　　　　　　　B．天平（附砝碼）
C．刻度尺（最小刻度為mm）     D．低壓交流電源
②實(shí)驗(yàn)中，需要平衡小車和紙帶運(yùn)動(dòng)過程中所受的阻力，正確的做法是C．
A．小車放在木板上，把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時(shí)沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
B．小車放在木板上，掛上砂桶，把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在砂桶的作用下沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
C．小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
③實(shí)驗(yàn)中，為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力，砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車和車上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是M＞＞m．這樣，在改變小車上砝碼的質(zhì)量時(shí)，只要砂和砂桶質(zhì)量不變，就可以認(rèn)為小車所受拉力幾乎不變．
④實(shí)驗(yàn)中需要計(jì)算小車的加速度．如圖2所示，A、B、C為三個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，若相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T，A、B間的距離為x₁，B、C間的距離為x₂，則小車的加速度a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$．已知T=0.10s，x₁=5.90cm，x₂=6.46cm，則a=0.56m/s²（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
⑤某小組在研究“外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量M的數(shù)據(jù)．在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)，該組同學(xué)產(chǎn)生分歧：甲同學(xué)認(rèn)為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作出小車加速度a與其質(zhì)量M的圖象，如圖3（甲），然后由圖象直接得出a與M成反比．乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該繼續(xù)驗(yàn)證a與其質(zhì)量倒數(shù)$\frac{1}{M}$是否成正比，并作出小車加速度a與其質(zhì)量倒數(shù)$\frac{1}{M}$的圖象，如圖3（乙）所示．你認(rèn)為同學(xué)乙（選填“甲”或“乙”）的方案更合理．

⑥另一小組在研究“小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，用改變砂的質(zhì)量的辦法來改變對(duì)小車的作用力F，然后根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出a-F圖象，如圖4所示．發(fā)現(xiàn)圖象既不過原點(diǎn)，末端又發(fā)生了彎曲，可能原因是C．
A．沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大
B．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過大，且砂和砂桶的質(zhì)量較大
C．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過小，且砂和砂桶的質(zhì)量較大
D．平衡摩擦力時(shí)，木板的傾斜角度過小，且小車質(zhì)量較大．

Answer 1

分析 ①根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材分析答題；
②實(shí)驗(yàn)前要把木板的一端墊高以平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力；
③當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力；
④應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at²可以求出加速度；
⑤為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，作出的圖象應(yīng)為直線，根據(jù)題意應(yīng)用牛頓第二定律分析答題；
⑥實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，砂與砂桶的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，根據(jù)圖示圖象分析答題．

解答 解：①實(shí)驗(yàn)過程需要測(cè)出小車質(zhì)量、砂與砂桶質(zhì)量，因此實(shí)驗(yàn)炫耀天平，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，實(shí)驗(yàn)需要毫米刻度尺，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用低壓交流電源，故選BCD；
②實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)要把小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．把木板一端墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故選C；
③當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂與砂桶質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶所受的重力，因此實(shí)驗(yàn)需要滿足的條件是：M＞＞m．
④由△x=at²可知，小車的加速度為：：a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$=$\frac{0.0646-0.0590}{0．{1}^{2}}$=0.56m/s²．
⑤由牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{M}$=$\frac{1}{M}$F，由此可知：a與$\frac{1}{M}$成正比，為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)作出a-$\frac{1}{M}$圖象，因此同學(xué)乙的方案更合理；
⑥由圖示圖象可知，圖象沒有過原點(diǎn)，當(dāng)拉力大到一定值時(shí)才產(chǎn)生加速度，這是由于實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足即木板傾角過小造成的；由圖示圖象可知，當(dāng)F較大時(shí)圖象發(fā)生彎曲，這是由于砂與砂桶質(zhì)量過大造成的，故C正確，故選C．
故答案為：①BCD；②C；③M＞＞m；④$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$；0.56；⑤乙；⑥C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)誤差分析等問題；要掌握實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法；常常應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，要選擇合適的物理量使作出的圖象為直線．