Question

3．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图1所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：
（1）纸带A、B、C、D、E、F、G这些点的艰巨如图2所示，其中每相邻两点间还有4个点未画出，根据测量结果计算：纸带运动的加速度大小1.50m/s²．（结果保留3位有效数字）
（2）一组同学在先保持盘及盘中的质量一定，探究做加速度与质量的关系，以下做法正确的是C．
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
D．小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，某位同学得到a-F关系分别如图3所示（a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）其原因是平衡摩擦力时，长木板的倾角过大．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）平衡摩擦力时，不能挂盘；实验过程中，应保证绳和纸带与木板平行；小车的加速度应由纸带求出；
（3）当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大．

解答 解：（1）每相邻两点间还有4个点未画，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
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a=$\frac{{x}_{DG}-{x}_{AD}}{9{T}^{2}}=\frac{0.14+0.155+0.1705-0.1255-0.11-0.0905}{0.09}$=1.50m/s² ．
（2）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故A错误．
B、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．故B错误．
C、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正确．
D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系．故D错误．
故选：C
（3）当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了．
故答案为：（1）1.50；（2）C；（3）平衡摩擦力时，长木板的倾角过大

点评 教科书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚，要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．