Question

某实验小组设计了如图（a）所示的实验装置研究加速度和力的关系．

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持

 

不变，用

 

作为小车所受的拉力．
（2）如图（b）是某次实验打出的纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x₁=3.20cm，x₂=4.52cm，x₅=8.42cm，x₆=9.70cm．则木块加速度大小a=

 

m/s²（保留2位有效数字）．
（3）通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a与所受拉力F的关系图象．在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图（c）所示．图线

 

（选填“①”或“②”）是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．
（4）随着钩码的数量增大到一定程度，图（c）中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是

 

．
A．小车与轨道之间存在摩擦    
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
（5）根据图（c）可求出小车质量m=

 

kg．

Answer 1

分析：（1）该实验是探究加速度与力的关系，我们采用控制变量法进行研究．根据图象得出变量之间的关系，知道钩码所受的重力作为小车所受外力．
（2）利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的加速度．
（3）研究加速度与力的关系实验中，应采用控制变量法；在实验前要平衡摩擦力，如果不平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，则a-F图象在F轴上有截距；
（4）只有当小车质量远大于钩码质量时才可近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力，如果钩码质量太大，小车受到的拉力明显小于钩码重力，a-F图象不是直线，要发生弯曲．
（5）根据图象的斜率，即可求解物体的质量．

解答：解：（1）因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力；
（2）相邻两计数点间还有4个打点未画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s
根据运动学公式得：△x=at²，
a=

x5+x6-(x1+x2)

8t2

=

0.0842+0.0970-0.032-0.0452

8×0．12

m/s2=1.3m/s²．
（3）在该实验中采用的方法是控制变量法：保持小车的总质量不变，
用钩码所受的重力作为小车所受拉力，用传感器测小车的加速度．
通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．
轨道右侧抬高成为斜面，平衡摩擦力，得到的a-F图象为①所示图线．
（4）随着钩码的数量逐渐增大，图（b）中的图线明显偏离直线，
造成此误差的主要原因是：C．所挂钩码的总质量太大．
（5）根据F=ma得a-F图象的斜率k=

1

m

，
由a-F图象得图象斜率k=2，所以m=0.5kg．
故答案为：（1）小车的质量，钩码的重力；（2）1.3；（3）①；（4）C；（5）0.5．

点评：要清楚实验的研究方法和实验中物理量的测量．当钩码的质量远小于小车的总质量时，钩码所受的重力才能作为小车所受外力．
能够从物理情境中运用物理规律找出物理量间的关系，要注意单位的换算和有效数字的保留．
实验时要注意平衡摩擦力，注意小车质量远大于钩码质量，注意控制变量法的应用．
对于实验我们要明确实验原理、具体实验操作以及数据处理等，同时要清楚每一项操作存在的理由，只有掌握好了基本知识和基本方法才能顺利解决实验题目，所以要重视基本知识和基本方法的学习和训练．