Question

3．利用以下装置可以完成力学中的许多实验

（1）以下说法中正确的是CD
A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B．用此装置“探究加速度与力、质量的关系”时，每次改变钩码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力
C．用此装置“探究加速度与力、质量的关系”时，为保证拉力近似等于沙桶（含沙）的重力，必须满足m＜＜M
D．用此装置“探究功和速度变化关系”实验时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与木板平行
（2）某同学在进行“探究加速度与力和质量的关系”实验时，经历了以下过程：

a、在实验准备过程中，发现实验室有两种打点计时器，如图甲所示，该同学决定使用电火花打点计时器，该打点计时器对电源的要求是A
A．交流220V  B．直流220V   C．交流4～6V  D．直流4～6V
b、该同学欲通过图乙所示装置打出纸带（图丙）来判断是否已经平衡摩擦力．根据纸带的点迹可以判断，为进一步平衡摩擦力，图乙中垫块应该向左（选填“左”或“右”）移一些．
c、在利用此装置做实验时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图丁．从比较清晰的点起，量出相邻计数点之间的距离（单位cm）．则打下计数点3时小车的瞬时速度为0.38m/s，小车的加速度为0.15m/s²．（以上两空均保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力，“研究匀变速直线运动”时，细线必须与木板平行以保持加速度不变；在探究“小车的加速度a与力F的关系”时，根据牛顿第二定律求出加速度a的表达式，不难得出当钩码的质量远远大于小车的质量时，可以用钩码的重力代替绳子的拉力；
（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，可以求出打纸带上的某点时小车的瞬时速度大小；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．

解答 解：（1）A、此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故A错误；
B、平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即mgsinθ=μmgcosθ，式子成立与质量无关，故改变质量后不需重新进行平衡．故B错误；
C、在利用该装置来“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，设小车的质量为M，沙桶（含沙）的总质量为m，设绳子上拉力为F，
以整体为研究对象有：mg=（m+M）a
解得：$\frac{mg}{M+m}$
以M为研究对象有绳子的拉力为：$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙桶（含沙）的重力，故C正确．
D、探究“功与速度变化的关系”实验时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行．故D正确；
故选：CD
（2）a、电火花打点计时器使用220V交流电源，故A正确．
故选：A
b、根据纸带上点的分布得到小车做减速运动，加速度方向沿斜面向上，即摩擦力大于重力沿斜面向下的分力，所以图乙中垫块应该向左移一些，增大倾角．
c、每隔五个打印点取一个计数点，所以2，3两计数点间的时间间隔为T=0.1s，
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，有：
打点3时小车的速度为：v₃=$\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}=\frac{0.0368+0.0383}{0.2}$=0.38m/s，
根据匀变速直线运动的推论△x=aT²结合作差法得：a=$\frac{{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{0.0383+0.0399-0.0368-0.0353}{0.04}$=0.15m/s²．
故答案为：（1）CD；（2）a、A；b、左；c、0.38，0.15．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题，要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．