Question

5．某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”．

（1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力．该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点，说明小车在做匀速运动运动．
（2）如果该同学先如（1）中的操作，平衡了摩擦力．以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到$\frac{1}{3}M$，测小车加速度a，作a-F的图象．如图丙图线正确的是C．
（3）设纸带上计数点的间距为S₁和S₂．如图丁为用米尺测量某一纸带上的S₁、S₂的情况，从图中可读出S₁=3.10cm，S₂=5.50cm，已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a=2.40m/s²．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力时，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，当小车带动纸带匀速下滑时说明平衡摩擦力；
（2）正确的a-F图象应该是过原点的直线，不满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量时图象发生弯曲；
（3）根据匀变速直线运动的特点，利用逐差法可以求出其加速度的大小．

解答 解：（1）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，不要挂钩码，将长木板的右端垫高至合适位置，使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若小车做匀速直线运动，此时打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点，
（2）如果这位同学先如（1）中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始a-F的图象是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到$\frac{1}{3}M$，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图象发生弯曲，故C正确；
故选：C．
（3）根据图象可知，S₂=5.50cm，打点计时器的频率为50Hz，每5个点取一个计数点，则T=0.1s，加速度的大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{（5.50-3.10）×1{0}^{-2}}{{0.1}^{2}}$=2.40m/s²
故答案为：
（1）点迹均匀；    匀速运动；
（2）C；
（3）5.50； 2.40

点评 明确实验原理以及具体的操作细节，加强动手实验，同时加强基本运动学规律在物理实验中的应用．
探究加速度与力、质量的关系实验时，要平衡小车受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不够、或过平衡摩擦力，小车受到的合力不等于钩码的重力．