Question

9．用图甲的实验装置能完成：实验1“研究匀变速直线运动”、实验2“探究加速度与力的关系”．

（1）装置中采用图乙的打点计时器，它是电磁式（填：电火花、电磁式）打点计时器，需要用交流（填：直流、交流）电源；
（2）必须平衡摩擦力的是实验2（填：实验1、实验2、都需要）；
（3）小丽用同一个打点计时器先后三次测量小车拉动纸带的运动速度，得到了①、②、③三条纸带，如图丙所示．若每次车子都是自右向左运动，三段纸带的长度都相同，且所用的电源频率不变．则下列叙述中最合理的是哪项？A
A．纸带①打点均匀，表示车子的运动是匀速的，加速度是零
B．纸带①、纸带②显示这两次车子的平均速度相同
C．三条纸带都表明小车是做匀速运动
（4）小明想用砂桶及砂的重力代替小车受到的合外力，为了减少这种做法而带来的实验误差，小明先做了两方面的调整措施：
a．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡小车受到的摩擦力．
b．使砂桶及砂的总质量远小于（填：等于、远小于、远大于）小车的质量，目的是使细线拉小车的力近似等于砂桶及砂的重力．
（5）小明某次打出的纸带如图丁所示，已知O、A、B、C、D相邻计数点间的时间间隔为T，根据纸带求打点计时器打B点时小车的速度v_B=$\frac{{x}_{1}+{x}_{2}}{2T}$．小车的加速度a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）根据两种打点计时器的构造及原理分析；
（2）研究匀变速直线运动实验不需要平衡摩擦力，探究加速度与力的关系实验需要平衡摩擦力；
（3）相邻的计时点的时间间隔相等，根据计时点的距离的变化判断纸带的运动情况；
（4）在实验中，为了减少这种做法而带来的实验误差，一要排除摩擦力的影响，二要砂桶的重力接近小车所受的合力；
（5）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B点时小车的瞬时速度大小．

解答 解：（1）根据图乙可知，该打点计时器为电磁式打点计时器，需要交流电源，
（2）研究匀变速直线运动实验不需要平衡摩擦力，探究加速度与力的关系实验需要平衡摩擦力，
（3）A、纸带甲中相邻的计时点的距离相等．所以表示车子的运动是匀速的，加速度是零，故A正确
B、四段纸带的长度都相同．其中纸带乙花费的时间最少，所以纸带乙的平均速度最大，故B错误；
C、纸带丙相邻的计时点的距离增大，所以表示的小车的运动速度增大，不是匀速运动，故C错误；
故选：A
（4）a用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，使得重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，目的是平衡摩擦力．
b对整体运用牛顿第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，则小车的合力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$，当沙和桶的总质量远小于小车的质量，小车所受的拉力等于沙和沙桶的重力．
（5）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，故：
v_B=$\frac{{x}_{1}+{x}_{2}}{2T}$
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²，有：
x₃-x₁=2aT²
解得a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{T}^{2}}$
故答案为：（1）电磁式，交流；
（2）实验2；
（3）A；
（4）平衡小车受到的摩擦力；远小于；
（5）$\frac{{x}_{1}+{x}_{2}}{2T}$；$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{T}^{2}}$

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及实验中的注意事项，在本实验中，知道两个认为：1、认为小车所受的合力等于绳子的拉力；2、认为沙和沙桶的总重力等于小车所受的合力．