Question

2．如图甲所示为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速和力的关系”的实验装置．

①在该实验中必须采用控制变量法，应保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受外力，用DIS测小车的加速度．
②改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图乙所示）．分析此图线的OA段可得出的实验结论是小车的质量一定，加速a与合力F成正比．
③此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是C
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．

Answer 1

分析 ①探究加速度与力的关系，应控制小车的质量保持不变；平衡摩擦力后用钩码的重力作为小车受到的合力；
②控制实验所控制的变量，分析图象，根据图象特点得出实验结论；
③根据实验注意事项分析图象偏离直线的原因．

解答 解：（1）探究加速度与力的关系，应保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合力．
（2）由图象OA段可知，a与F成正比，即：在小车质量一定时，加速度a与小车受到的合力F成正比；
（3）以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力m_钩码g，
由牛顿第二定律得：m_钩码g=（m_小车+m_钩码）a，小车的加速度a=$\frac{{m}_{钩码}}{{m}_{小车}+{m}_{钩码}}•g$，
小车受到的拉力F=m_小车a=$\frac{{m}_{钩码}{m}_{小车}}{{m}_{钩码}+{m}_{小车}}•g$，当m_钩码＜＜m_小车时，
可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，如果钩码的质量太大，
则小车受到的合力小于钩码的重力，实验误差较大，a-F图象偏离直线，故C正确．
故答案为：（1）小车总的质量；（2）小车的质量一定，加速a与合力F成正比；（3）C．

点评 本题考查了控制变量法的应用、实验数据处理、实验误差分析，实验误差分析是本题的难点；应知道当砝码质量远小于小车质量时，可以认为小车受到的拉力等于钩码重力．