Question

某實驗小組利用如圖1所示的裝置進行“探究加速度與合外力的關系”的實驗．
①在實驗中必須將長木板右端墊高，目的是

 

；當不掛鉤碼時小車能勻速運動，表明長木板右端高度已調好．
②為了減小誤差，每次實驗必須通過改變鉤碼的個數來改變小車所受合外力，獲取多組數據．若小車質量為400g，實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍應選

 

組比較合理．（填選項前的字母即可）
A．10g～40g
B．200g～400g
C．1000g～2000g
③實驗中打點計時器所使用的是

 

（交流、直流）電源，圖2中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個打點未標出，打第4個計數點時紙帶的速度v₄=

 

m/s，由該紙帶可求得小車的加速度a=

 

m/s²．（計算結果保留三位有效數字）
④改變鉤碼的個數重復實驗，得到加速度a與合外力F的關系如圖3所示，分析線段OA，可得出實驗的結論是

 

．

Answer 1

分析：（1）通過木板右端墊高，使小車的重力沿斜面的分力與小車的滑動摩擦力相等，則小車做勻速直線運動，摩擦力恰好被平衡；
（2）本實驗要求鉤碼的質量遠小于小車的質量，據此可正確解答．
（3）打點計時器使用交流電，根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上4點時小車的瞬時速度大小．
（4）根據圖象可得出，質量不變時，物體的加速度與所受合外力成正比．

解答：解：（1）通過木板右端墊高，目的是平衡摩擦力，即小車的重力沿斜面的分力與小車的滑動摩擦力相等，則小車做勻速直線運動，摩擦力恰好被平衡．
（2）本實驗要求鉤碼的質量遠小于小車的質量，因此要求實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍要小，故BC錯誤，A正確．
（3）打點計時器，使用交流電源．根據交流電的頻率50Hz，則點與點時間間隔為0.02s，因每相鄰兩計數點間還有4個打點未標出，
所以每兩個計數點間的時間間隔是0.02×5s=0.1s；
根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上4點時小車的瞬時速度大小．
v₄=

X35

2T

=

0.0366+0.0476

0.2

=0.421m/s
設1到2之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄，
根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：x₃-x₁=2a₁T² 
x₄-x₂=2a₂T² 
 為了更加準確的求解加速度，我們對兩個加速度取平均值
得：a=

1

2

（a₁+a₂）
即小車運動的加速度計算表達式為：a=

X35-X13

4T2

=

0.0366+0.0476-0.0144-0.0255

4×(0.1)2

m/s²=1.11m/s²．
（4）根據圖象可知，在質量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）A（3）交流；0.421；1.11；（4）在質量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比．

點評：明確實驗原理以及具體的操作細節，加強動手實驗，同時加強基本運動學規律在物理實驗中的應用．對該實驗要明確實驗原理，尤其是正確理解該實驗要滿足的條件：小車質量遠大于砝碼質量．要提高應用勻變速直線的規律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎知識的理解與應用．