Question

2．某同學(xué)用如圖1所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律．
（1）本實驗應(yīng)用的實驗方法是A
A．控制變量法   B．假設(shè)法  C．理想實驗法  D．等效替代法
（2）（多選題）為了驗證加速度與合外力成正比，實驗中必須做到AC
A．實驗前要平衡摩擦力
B．每次都必須從相同位置釋放小車
C．拉小車的細繩必須保持與軌道平行
D．拉力改變后必須重新平衡摩擦力
（3）圖2為某次實驗得到的紙帶，紙帶上相鄰的兩計數(shù)點間有四個點未畫出，則小車的加速度大小為a=0.64m/s²（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）在驗證“質(zhì)量一定，加速度a與合外力F的關(guān)系”時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖3所示的a-F圖象，其中圖線不過原點并在末端發(fā)生了彎曲，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能有BD．
A．木板右端墊起的高度過�。�即平衡摩擦力不足）
B．木板右端墊起的高度過大（即平衡摩擦力過度）
C．盤和重物的總質(zhì)量m遠小于車和砝碼的總質(zhì)量M（即m＜＜M）
D．盤和重物的總質(zhì)量m不遠小于車和砝碼的總質(zhì)量M

（5）若保持盤和重物質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，分別得到小車加速度a與質(zhì)量$\frac{1}{M}$及對應(yīng)的數(shù)據(jù)如表所示．

次數(shù)	1	2	3	4	5
小車加速度a/（m•s-2）	0.99	0.74	0.50	0.34	0.25
小車質(zhì)量M/kg	0.25	0.33	0.50	0.75	1.00
質(zhì)量倒數(shù)$\frac{1}{M}$/kg-1	4.00	3.00	2.00	1.33	1.00

①根據(jù)表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關(guān)系，請在方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷�立坐�?biāo)系，并作出圖線．
②由圖象得出的結(jié)論是在合外力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比．

Answer 1

分析 探究加速度與力的關(guān)系實驗時，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車．
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�。�
為研究a與m的關(guān)系，作a與$\frac{1}{M}$的關(guān)系圖線，注意選取好標(biāo)度，分析圖示圖象得出實驗結(jié)論．

解答 解：（1）探究加速度與力的關(guān)系時，要控制小車質(zhì)量不變而改變拉力大小；探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)控制拉力不變而改變小車質(zhì)量；這種實驗方法是控制變量法．故選：A．
（2）A、實驗首先要平衡摩擦力，使小車受到合力就是細繩對小車的拉力，故A正確；
B、每次小車不需要要從同一位置開始運動，故B錯誤；
C、要使繩子的拉力等于合力，則需要拉小車的細繩必須保持與軌道平行，故C正確；
D、由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以無論小車的質(zhì)量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，改變小車質(zhì)量即改變拉小車拉力，不需要重新平衡摩擦力，故D錯誤；
故選：AC
（3）由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，
設(shè)第一個計數(shù)點到第二個計數(shù)點之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
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，
x₄-x₁=3a₁T²，x₅-x₂=3a₂T²，x₆-x₃=3a₃T²，
加速度：a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{（0.0895+0.0961+0.1026）-（0.0705+0.0768+0.0833）}{9×0．{1}^{2}}$m/s²=0.64m/s²．
（4）由圖象可知小車的拉力為0時，小車的加速度大于0，說明合外力大于0，說明平衡摩擦力過度，即木板與水平面的夾角太大，故A錯誤，B正確．
該實驗中當(dāng)小車的質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于砝碼盤和砝碼的總重力大小，隨著F的增大，即隨著鉤碼質(zhì)量增大，逐漸的鉤碼質(zhì)量不再比小車質(zhì)量小的多，因此會出現(xiàn)較大誤差，圖象會產(chǎn)生偏折現(xiàn)象，故C錯誤，D正確．故選：BD．
（5）根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點，然后根據(jù)描出的點作出圖象，圖象如圖所示：

由圖示圖象可知，在合外力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比．
故答案為：（1）A；（2）AC；（3）0.64；（4）BD；（5）如圖所示；在合外力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比．

點評 該題考查了實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理分析，知道實驗原理及注意事項即可正確解題；探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗時，要平衡小車受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不夠、或過平衡摩擦力，小車受到的合力不等于鉤碼的重力．