Question

10．用如图1所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验：
（1）下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶．除以上器材外，还需要的实验器材有：ACD．
A．天平（附砝码）            B．秒表
C．刻度尺（最小刻度为mm）  D．低压交流电源
（2）实验中，需要平衡小车和纸带运动过程中所受的阻力，正确的做法是C．
A．小车放在木板上，把木板一端垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受绳的拉力时沿木板做匀速直线运动．
B．小车放在木板上，挂上砂桶，把木板一端垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在砂桶的作用下沿木板做匀速直线运动．
C．小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器．把木板一端垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动．
（3）如图2为某次实验纸带，在相邻两计数点间都有四个打点未画出，用刻度尺测得：S₁=0.55cm，S₂=0.94cm，S₃=1.35cm，S₄=1.76cm，S₅=2.15cm，S₆=2.54cm．则，打下“3”点时小车的瞬时速度v₃=0.16m/s；小车的加速度a=0.40_ m/s²．（计算结果均保留2位有效数字）

（4）另一小组在研究“小车质量一定时，加速度与质量的关系”时，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出a-F图象，如图3所示．发现图象既不过原点，末端又发生了弯曲，可能原因是B．
A．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过大，且砂和砂桶的质量较大
B．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且砂和砂桶的质量较大
C．没有平衡摩擦力，且小车质量较大
D．平衡摩擦力时，木板的倾斜角度过小，且小车质量较大．

Answer 1

分析 （1）根据实验原理与实验器材分析答题；
（2）实验前要把木板的一端垫高以平衡摩擦力，使小车受到的合力等于绳子的拉力；
（3）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度．
（4）实验前要平衡摩擦力，砂与砂桶的质量应远小于小车的质量，根据图示图象分析答题

解答 解：（1）实验过程需要测出小车质量、砂与砂桶质量，因此实验炫耀天平，处理实验数据时需要测出计数点间的距离，实验需要毫米刻度尺，电磁打点计时器需要使用低压交流电源，故选ACD；
（2）实验前要平衡摩擦力，平衡摩擦力时要把小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器．把木板一端垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动，故选C；
（3）相邻计数点间的时间间隔T=0.1s
根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度
计数点3的速度为：${v}_{3}^{\;}=\frac{{s}_{3}^{\;}+{s}_{4}^{\;}}{2T}=\frac{1.35cm+1.76cm}{2×0.1s}=16cm/s=0.16m/s$
根据$△x=a{t}_{\;}^{2}$，得
$a=\frac{{s}_{4}^{\;}+{s}_{5}^{\;}+{s}_{6}^{\;}-{s}_{1}^{\;}-{s}_{2}^{\;}-{s}_{3}^{\;}}{9{T}_{\;}^{2}}$=$\frac{1.76cm+2.15cm+2.54cm-0.55cm-0.94cm-1.35cm}{9×（0.1s）_{\;}^{2}}$=$40cm/{s}_{\;}^{2}=0.40m/{s}_{\;}^{2}$
（4）图象与横轴相交，说明需要用拉力平衡摩擦力，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够；小车受到的拉力$F=Ma=M\frac{mg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，当m＜＜M时，即砂桶总重力远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砂桶的总重力，小车的加速度a与拉力F成正比，如果砂和小桶的总质量太大，小车受到的拉力明显小于砂桶重力，加速度与砂桶重力（小车受到的合力）不成正比，a-F图象发生弯曲，不再是直线，故B正确；
故答案为：（1）ACD    （2）C   （3）0.16      0.40       （3）B

点评 本题考查了实验器材、实验注意事项、实验数据处理、实验误差分析等问题；要掌握实验原理、实验器材与实验注意事项、实验数据的处理方法；常常应用图象法处理实验数据，应用图象法处理实验数据时为方便实验数据处理，要选择合适的物理量使作出的图象为直线．