Question

8．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）以下实验操作，正确的是BC．
A．平衡摩擦力时，应将空砝码盘用细线跨过定滑轮系在小车上，让细线与长木板平行
B．平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器
C．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
D．实验时，应先释放小车，再接通电源
（2）为了探究小车（包括里面所装钩码）总质量M一定时，加速度a与合力F的定量关系，需要在砝码盘里面添加砝码来改变小车所受到的合力．砝码质量m和小车总质量M分别选取下列四组值：
A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g
B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g
C．M=200g，m分别为50g、70g、100g、125g
D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g
若其它操作都正确，那么应该选用B组值（选填字母代号）进行实验时的实验误差较小．
（3）如图是实验中得到的一条已打点的纸带，纸带上的A、B、C、D、E、F、G均为相邻计数点，已知打点计时器的打点周期为0.02s，相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出，相邻计数点之间的距离已标注在图上，则小车运动的加速度大小a=0.91m/s²，打C点时的速度大小v_C=0.40m/s．（以上结果都保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）探究加速度与拉力的关系实验时，要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．本实验的变量比较多，有加速度、力、质量等，因此为了探究它们之间关系，采用了控制变量法；操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车；
（2）实验时要求小车质量M要远远大于砂及砂桶的质量m，根据这个要求做出选择即可．
（3）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C点时小车的瞬时速度大小．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故A错误；
B、平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器．故B正确；
C、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正确；
D、实验时，如果先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，所以应该先接通电源，再放开小车．故D错误．
故选：BC．
（2）实验时要求小车质量M要远远大于砂及砂桶的质量m，只有B中M与m相差最大，
故选：B
（3）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
设A到B之间的距离为x₁，以后各段分别为x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
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，得：
x₄-x₁=3a₁T² 
x₅-x₂=3a₂T² 
x₆-x₃=3a₃T² 
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）
即小车运动的加速度为：
a=$\frac{0.072+0.0628+0.0537-0.0446-0.0357-0.0267}{0.09}$m/s²=0.91m/s²
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C点时小车的瞬时速度大小．
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.0357+0.0446}{0.2}$=0.40m/s
故答案为：（1）BC；（2）B；（3）0.91；0.40

点评 探究加速与力的关系实验时，要平衡摩擦力、应根据纸带求出小车的加速度，掌握实验的实验注意事项是正确解题的关键．对于力学中的基础实验一定要到实验室内亲自做一些，才能体会实验步骤、实验器材等基础知识，若不做实验而是通过背实验的方式学习实验往往效果不好．