Question

2．在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖1所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，塑料桶和桶中沙子的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點計算出．

（1）本實驗采用的科學方法是A．
A．控制變量法     B．假設法    C． 理想實驗法    D、等效替換法
（2）當M與m的大小關(guān)系滿足M＞＞m時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于塑料桶和桶中沙子的重力．
（3）一組同學在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持塑料桶和桶中沙子的質(zhì)量一定（即小車受的合力一定），改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應該作a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（4）實驗中打點計時器所使用的電源頻率為50Hz，它每隔0.02s打一次點；圖2中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分：0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未標出，由該紙帶的測量數(shù)據(jù)可求得打下“2”計數(shù)點時物體的瞬時速度為v₂=0.75m/s，（小數(shù)點后保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）加速度與物體質(zhì)量、物體受到的合力有關(guān)，在探究加速度與物體質(zhì)量、受力關(guān)系的實驗中，應該使用控制變量法；
（2）要求在什么情況下才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力，需求出繩子的拉力，而要求繩子的拉力，應先以整體為研究對象求出整體的加速度，再以M為研究對象求出繩子的拉力，通過比較繩對小車的拉力大小和盤和盤中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有m＜＜M時才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過坐標原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（4）根據(jù)平均速度等于這段時間的中時刻瞬時速度，從而即可求解．

解答 解：（1）探究加速度與力的關(guān)系時，要控制小車質(zhì)量不變而改變拉力大小；
探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應控制拉力不變而改變小車質(zhì)量；
這種實驗方法是控制變量法，故A正確，BCD錯誤；
（2）以整體為研究對象有mg=（m+M）a
解得：a=$\frac{mg}{m+M}$，
以M為研究對象有繩子的拉力F=Ma=$\frac{M}{m+M}$mg，
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有m＜＜M，即只有m＜＜M時才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；但a=$\frac{F}{M}$，故a與$\frac{1}{M}$成正比，而正比例函數(shù)圖象是過坐標原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，故應作a-$\frac{1}{M}$圖象．
（4）使用的電源頻率為50Hz，它每隔0.02s打一次點；
根據(jù)平均速度等于瞬時速度，則有打下“2”計數(shù)點時物體的瞬時速度為v₂=$\frac{0.15}{0.2}$=0.75m/s；
故答案為：（1）A；（2）M＞＞m；（3）$\frac{1}{M}$；（4）0.02，0.75．

點評 控制變量法就是控制一個或多個物理量不變，研究兩個變量之間的關(guān)系．
只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學習和掌握．
掌握常用的科學探究方法，提高我們的實驗探究能力．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(zhì)量遠大于砝碼質(zhì)量．