Question

4．“探究物体质量不变时，加速度与物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．
①除实验装置图甲中显示的实验器材外，还缺少哪些器材；
②在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a=0.16m/s²．（结果保留2位有效数字）
③平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．将砝码盘中砝码总重力mg视为合外力F，本次实验中，砝码盘中的砝码取自小车中，故系统的总质量不变．根据实验数据，并作出a-F图象，如图丙．请问：经检验该同学“平衡摩擦力”做得很精确，但作出的a-F图线仍不通过原点，主要原因是平衡摩擦力过度；本次实验中，是否应该满足M?m这样的条件？是（M表示小车总质量，m表示砝码及砝码盘重物总质量）（填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 ①打点计时器需要交流电源，处理实验数据时需要用刻度尺测距离；
②应用匀变速直线运动的推论可以求出加速度；
③实验前要平衡摩擦力，如果平衡摩擦力过度会使小车受到的合力大于绳子的拉力，在a-F图象的纵轴上有截距；实验过程要控制小车质量远大于砝码质量．

解答 解：①除图示实验器材外实验还需要：交流电源、刻度尺；
②每5个点取一个计数点，计数点间的时间间隔：t=0.02×5=0.1s，
由匀变速直线运动的推论：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0383-0.0352}{2×0．{1}^{2}}$≈0.16m/s²．
③由图示a-F图象可知，图象在a轴上有截距，这说明小车受到的合力大于绳子的拉力，
这是由于平衡摩擦力过度造成的；实验过程要控制小车质量远大于钩码与钩码盘的质量之和，
只有这样小车受到的拉力才近似等于钩码与钩码盘的重力之和；
故答案为：①交流电源、刻度尺；②0.16；③平衡摩擦力过度；是．

点评 本题考查了实验器材、实验数据处理、实验注意事项、实验误差分析，是实验的常考问题，一定要掌握；实验前需要平衡摩擦力，使小车在木板上恰好做匀速直线运动．