Question

7．用如图1所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．

（1）实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．
（2）图2为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0 m/s²．运动至C点的速度0.54m/s（结果保留两位有效数字）
（3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a-F关系图线，如图3所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是C．（选填下列选项的序号）
A．小车与平面轨道之间存在摩擦  B．平面轨道倾斜角度过大
C．所挂钩码的总质量过大        D．所用小车的质量过大．

Answer 1

分析 （1）探究物体加速度与力的关系实验中，要使小车受到的拉力等于钩码的重力，在实验前应平衡摩擦力；
（2）根据纸带数据，匀变速直线运动的推论求出C点速度，由△x=at²可求小车的加速度；
（3）为使绳子拉力近似等于砝码和砝码盘的重力，应满足砝码和砝码盘的质量远小于小车的质量．

解答 解：（1）实验时绳的下端先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．
（2）计数点间的时间间隔 T=0.02s×5=0.1s，
利用匀变速直线运动的推论得：${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.1470-0.0390}{0.2}$=0.54m/s，
由△x=aT²可得：小车的加速度a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}=\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）随着力F的增大，即所挂钩码总质量的增大，不再满足所挂钩码的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故ABD错误，C正确；
故选：C．
故答案为：（1）平衡小车运动中所受的摩擦阻力；（2）1.0；0.54m/s；（3）C

点评 解决本题的关键掌握平衡摩擦力的方法，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度．