Question

12．如图 （a）为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图，A为小车，B为电火花打点计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板．在实验中近似认为细线对小车拉力F的大小等于砝码和小桶的总重力，小车运动加速度a可用纸带上的点求得．
（1）实验过程中，电火花打点计时器应接在交流（选填“直流”或“交流”）电源上．调整定滑轮的高度，使细线与木板平行．
（2）图（b）是实验中获取的一条纸带的一部分，电火花打点计时器的电源频率为50Hz，其中0、1、2、3、4是计数点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示，打“3”计数点时小车的速度大小为0.26m/s，由纸带求出小车的加速度的大小a=0.50m/s²．（计算结果均保留2位有效数字）
（3）在“探究加速度与合外力的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中砝码的质量，当时小桶及桶中砝码重力近似等于小车所受拉力；该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F关系图线如图（c）所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因为平衡摩擦力过度．

Answer 1

分析 （1）电火花打点计时器应使用交流电源，为了使绳子的拉力等于合力，绳子的方向应与长木板平行；
（2）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²，可以求出加速度的大小，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上打3点时小车的瞬时速度大小；
（3）实验时应平衡摩擦力，没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，a-F图象在F轴上有截距；平衡摩擦力过度，在a-F图象的a轴上有截距．

解答 解：（1）电火花计时器应接在交流电源上．调整定滑轮高度，使细线与长木板平行．
（2）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得：${v}_{3}=\frac{{x}_{3}+{x}_{4}}{2T}=\frac{0.024+0.0288}{0.2}$=0.26m/s
根据作差法得：$a=\frac{{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{0.024+0.0288-0.0189-0.0140}{0.04}$=0.50m/s²．
（3）由图象可知，a-F图象在a轴上有截距，这是由于平衡摩擦力过度造成的．
故答案为：（1）交流；细线与木板平行；（2）0.26；0.50；（3）平衡摩擦力过度

点评 本题考查了打点计时器的应用及打出的纸带的处理方法，有利于学生基本知识的掌握，同时也考查了学生对实验数据的处理方法，及试验条件的掌握，难度适中．