Question

14．一兴趣小组探究加速度与力、质量的关系．实验装置如图甲所示，拉力传感器用来记录小车受到拉力的大小．

（1）为了使传感器记录的力等于小车所受的合外力，应先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列间距相等的点；
（2）本实验中不需要（填“需要”或“不需要”）砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量；
（3）该兴趣小组根据拉力传感器和打点计时器所测数据在坐标系中作出的a-F图象如图乙所示．则图象不通过原点的原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；
（4）由图象求出小车和传感器的总质量为1kg．

Answer 1

分析 （1）实验前要平衡摩擦力，使小车在木板上做匀速直线运动．
（2）小车受到的拉力可以由拉力传感器测出，不需要满足砂和桶的质量远小于小车的质量．
（3）实验前要平衡摩擦力，使小车受到的合力等于绳子的拉力，分析图示图象答题．
（4）应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式，然后根据图示图象求出质量．

解答 解：（1）平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动，打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀；
（2）因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力，因此不需要保证砂和桶的质量远小于小车和传感器的总质量；
（3）由图示a-F图象可知，图象与横轴交点为（0.1，0），说明施加外力在0.1N之内小车和传感器没有加速度，说明实验前漏掉的操作是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足；
（4）由牛顿运动定律得：F-f-mgsinθ=ma，解得：a=$\frac{1}{m}$F-$\frac{f}{m}$-gsinθ，
则：a-F图象斜率：k=$\frac{1}{m}$=$\frac{△a}{△F}$=$\frac{0.5}{0.6-0.1}$=1，
解得：m=1kg；即：小车和传感器的总质量为1kg．
故答案为：（1）间距相等；（2）不需要；（3）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；（4）1．

点评 本题考查了实验注意事项与实验数据处理，探究加速度与力、质量的关系实验需要平衡摩擦力，应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式是解题的关键．