Question

8．2013年6月20日上午十点，“神舟十号”航天员王亚平，首次面向全国六千多万中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动，其中“测质量”最令人好奇和着迷．女航天员王亚平在太空授课时，解释太空测质量的原理是应用了牛顿第二定律；物体受到作用力与产生加速度的比值，即得质量．
某同学受到启发，想利用“探究加速度与物体受力和质量的关系”实验装置，测量小车质量．如图甲所示为实验装置图，图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花打点计时器相连，计时器接50Hz交流电

（1）下列说法正确的是BCD．
A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
（2）图乙为实验中打出的一纸带的一部分，从比较清晰的点迹其，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图乙所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0m/s²．（结果保留两位有效数字）
（3）实验时，该同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a-F图象如图丙所示，可能是图中的图线丙（选填“甲”“乙”或“丙”），设图中直线的斜率均为k，根据牛顿定律可知，小车的质量为$\frac{1}{k}$．
（4）该同学遗漏了平衡摩擦力，这对求解小车的质量有无影响？无（填“有”或“无”）

Answer 1

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚；如果没有平衡摩擦力的话，就会出现当有拉力时，物体不动的情况．
小车做的是匀加速直线运动，可由△x=at²求解加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，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、若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子的拉力分力等于小车的外力，这样导致误差增大，故B正确；
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，故长木板的位置不能移动，以防摩擦力不再平衡，故C正确；
D、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，同时要求开始小车要靠近打点计时器，故D正确．
故选：BCD；
（2）由△x=aT²得：a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$
解得：a=$\frac{0.216-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²
（3）遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况．故图线为丙．
设图中直线的斜率均为k，根据牛顿定律F=ma可知，
则有：a=$\frac{1}{m}$F，小车的质量为m=$\frac{1}{k}$；
（4）该同学遗漏了平衡摩擦力，则会出现甲图象，但图象的斜率不变，那么这对求解小车的质量无影响，
故答案为：（1）BCD；（2）1.0；（3）丙，$\frac{1}{k}$；（4）无

点评 对于实验我们要明确实验原理、具体实验操作以及数据处理等，同时要清楚每一项操作存在的理由，比如为什么要平衡摩擦力，为什么要先接通电源后释放纸带等；
会根据实验原理分析分析为什么要平衡摩擦力和让小车的质量M远远大于小桶（及砝码）的质量m，且会根据原理分析实验误差．纸带的处理在高中实验中用到多次，需要牢固的掌握．
同时掌握图象的斜率含义，也是解题的突破口