Question

16．在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將實(shí)驗(yàn)器材組裝，如圖甲所示．請(qǐng)你指出該裝置中錯(cuò)誤或不妥之處：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用直流電源，沒(méi)有平衡摩擦力，小車沒(méi)有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
（2）改正實(shí)驗(yàn)裝置后，該同學(xué)順利地完成了實(shí)驗(yàn)，如圖乙是他在實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度為0.193m/s²．（保留三位有效數(shù)字）
（3）該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持拉力不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)保持小車質(zhì)量不變．
（4）該同學(xué)通過(guò)數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖象，如圖丙所示，則
①圖中的直線不過(guò)原點(diǎn)的原因是平衡摩擦力過(guò)度．
②此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是砂桶質(zhì)量偏大（填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用4～6v的交流電源，電火花計(jì)時(shí)器是利用220v交流電源；釋放前小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；實(shí)驗(yàn)前要首先平衡摩擦力．
（2）利用逐差法根據(jù)△x=at²可求物體的加速度．
（3）該實(shí)驗(yàn)是探究加速度與力、質(zhì)量的三者關(guān)系，研究三者關(guān)系必須運(yùn)用控制變量法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定需要控制的變量．
（4）探究加速度與拉力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)，要求小車在無(wú)動(dòng)力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出；平衡摩擦力時(shí)，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，由圖象可知，還沒(méi)有掛重物時(shí)，小車已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，由此可知圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因．

解答 解：（1）由圖示實(shí)驗(yàn)裝置可知：該實(shí)驗(yàn)中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用4～6V的交流電源，電火花計(jì)時(shí)器是利用220V交流電源；不是直流電源．
在本實(shí)驗(yàn)中我們認(rèn)為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實(shí)驗(yàn)前要首先平衡摩擦力；
為了盡可能的利用紙帶在釋放前小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；
（2）由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{4}-{x}_{1}}{3{t}^{2}}$=$\frac{0.0404-0.0274-0.0072}{3×0．{1}^{2}}$≈0.193m/s²．
（3）該實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用控制變量法研究的，該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持細(xì)線對(duì)車的拉力F不變；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車的質(zhì)量M不變．
（4）①圖中當(dāng)F=0時(shí)，a≠0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上沒(méi)有拉力時(shí)，小車的加速度不為0，說(shuō)明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實(shí)驗(yàn)前木板右端墊得過(guò)高，即平衡摩擦力過(guò)度導(dǎo)致．
②設(shè)小車的加速度為a，繩子拉力為F，以砂和砂桶為研究對(duì)象得：mg-F=ma，
以小車為研究對(duì)象：F=Ma，解得：a=$\frac{mg}{M+m}$，F(xiàn)=Ma=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，所以要使得繩子拉力等于砂和砂桶的重力大小，必有m＜＜M，
而不滿足m＜＜M時(shí)，隨m的增大物體的加速度a逐漸減�。�故圖象彎曲的原因是：未滿足砂和砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，砂桶質(zhì)量偏大．
故答案為：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用直流電源，沒(méi)有平衡摩擦力，小車沒(méi)有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；（2）0.193；（3）拉力；小車質(zhì)量；
（2）①平衡摩擦力過(guò)度；②偏大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，考查了控制變量法的應(yīng)用；探究加速與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡摩擦力、應(yīng)根據(jù)紙帶求出小車的加速度，掌握實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是正確解題的關(guān)鍵，要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．