Question

4．小叶同学利用图甲装置来探究加速度与力、质量之间的定性关系．

（1）他安装仪器后，准备开始测量实验数据时的状态如图甲所示，从图片上看，你觉得他在开始正确测量前必须得修正哪几个方面的问题？（请写出两点）①长木板的右端没被垫高（没有平衡摩擦力）②细线没有与板面平行；小车未靠近打点计时器
（2）修正后，小叶同学就开始实验测量，他所接的打点计时器的电源档位如图乙所示，则他所选的打点计时器是电磁（填“电火花”或“电磁”）打点计时器．
（3）打点计时器使用的交流电频率f=50Hz．，图丙是小叶同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出．写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a=$\frac{{s}_{3}^{\;}+{s}_{4}^{\;}-{s}_{1}^{\;}-{s}_{2}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$．

根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度a大小为0.60m/s²（结果保留两位有效数字）
（4）改变所挂钩码的数量，多次重复测量，根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图丁所示），此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是C
A．小车与轨道之间存在摩擦       B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大            D．所用小车的质量太大．

Answer 1

分析 （1）实验时小车应靠近打点计时器，在实验前应平衡小车受到的摩擦力，重物与小车的连线应平行于木板，
（2）知道电磁打点计时器和电火花打点计时器的区别；
（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；
（4）根据图象得出变量之间的关系，知道钩码所受的重力作为小车所受外力的条件．

解答 解：（1）长木板的右端没被垫高，说明没有平衡摩擦力；细线没套在定滑轮的轮槽上，以致拉线未能与板面平行；
（2）电磁打点计时器使用4-6V交流电压，电火花打点计时器直接接在220V交流电压上，所以他所选的打点计时器是电磁打点计时器．
（3）由题意可知两计数点之间的时间间隔为：T=$\frac{5}{f}$=0.1s，根据匀变速直线运动推论有：
${s}_{3}^{\;}-{s}_{1}^{\;}=2a{T}_{\;}^{2}$，
${s}_{4}^{\;}-{s}_{2}^{\;}=2a{T}_{\;}^{2}$，
a=$\frac{{a}_{1}^{\;}+{a}_{2}^{\;}}{2}$
即：a=$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$
代入数据解得：a=$\frac{（2.41+3.03）-（1.21+1.83）}{100}×1{0}_{\;}^{-2}×5{0}_{\;}^{2}$=0.60m/s²
（4）由实验原理：mg=Ma
得a=$\frac{mg}{M}$，
而实际上a′=$\frac{mg}{M+m}$，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M＞＞m造成的．
故选：C．
故答案为：（1）长木板的右端没被垫高，说明没有平衡摩擦力；细线没套在定滑轮的轮槽上，以致拉线未能与板面平行；（2）电磁；（3）$\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{3}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{1}^{\;}}{100}{f}_{\;}^{2}$，0.60；  （4）C

点评 在“验证牛顿第二定律”的实验用控制变量法，本实验只有在满足平衡摩擦力和小车质量远大于钩码质量的双重条件下，才能用钩码重力代替小车所受的合力，同时加强基础物理知识在实验中的应用，加强解决实验问题的能力，知道两种打点计时器的区别与联系．