Question

5．一同学在探究加速度与合外力和质量的关系时，利用了如图的实验装置完成了实验探究，回答下列问题：

（1）如图保持长木板水平，下列操作必须的是A
A．通过改变砂桶的质量来改变牵引力
B．本实验中不必要满足砂桶的质量远远小于小车的质量
C．如果在小车与细绳之间加一拉力传感器，则仍需测出砂桶的总质量
D．实验时应先释放小车再接通电源
（2）为了减小实验误差，也可以将长木板的右端适当垫高以平衡摩擦力，则下列叙述正确的是C
A．平衡摩擦力时，取下砂桶和纸带，改变斜面的倾角使小车在长木板上匀速下滑
B．平衡摩擦力的目的是为了使细绳的拉力与摩擦力相等
C．平衡摩擦力后小车的合外力即为细绳的拉力
D．实际平衡摩擦力时必要将长木板的一端垫高，只要通过砂桶牵引小车匀速运动即可
（3）如果某次操作得到的纸带如图，其中0、1、2、3等各点为计数点，打点计时器的打点周期为T=0.02s，则小车的加速度大小应为2.30m/s²；（结果保留两位小数）
（4）该同学（1）和（2）两个条件下分别探究了加速度与合外力的关系，并将多次操作所得的实验数据描绘在了如图的坐标系，则图象A（填“A”或“B”）应为平衡摩擦力后的加速度与合外力的关系图线，由图象可得小车的总质量应为0.5kg．

Answer 1

分析 （1）（2）实验中用砂桶的质量代替小车的合力，故要通过将长木板左端垫高来平衡摩擦力和使小车质量远大于小盘（包括盘中的砝码）质量来减小实验的误差
（3）根据△x=aT²求的加速度
（4）平衡摩擦力过大，为施加外力，就具有了加速度，根据牛顿第二定律求的质量

解答 解：（1）通过改变砂桶中砂子的质量来改变小车的牵引力，A正确；本实验中应满足砂桶的重力近似地等于小车的牵引力，因此必须满足砂桶的质量远远小于小车的质量，B错误；拉力可以由力的传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶（包括砂）的质量远小于车的总质量，C错误；实验时应先接通电源，待打点计时器工作稳定时，在释放小车，D错误；
（2）平衡摩擦力时不应挂钩码，但是要挂纸带，调节斜面的倾角，给小车一个初速度，使小车做匀速直线运动即可，A、D错误；小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的阻力相平衡，使小车受到的合外力等于小车受到绳子的拉力，B错误C正确；
（3）根据逐差相等公式$a=\frac{△x}{t^2}=\frac{{{x_2}-{x_1}}}{{{{（5T）}^2}}}=\frac{{（4.70-2.40）×{{10}^{-2}}}}{0.01}=2.30m/{s^2}$
（4）图线A中，当外力F为零时，加速度不为零，故斜面必然倾斜，且重力沿着斜面的分力大于摩擦力，因此A是在轨道倾斜情况下得到的；当木板水平时，由牛顿第二定律可得F-f=ma，结合图象B可知当a=0时，F=f=1N，当F=0时，-f=ma=-2m=-1N，解得m=0.5kg．
故答案为：（1）A；（2）C；（3）2.30m/s²；（4）A，0.5

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
对于课本中基础力学实验，要到实验室进行实际操作，这样才能明确实验步骤和具体的操作的含义．