Question

12．某实验小组设计如图甲所示实验装置“探究加速度与力的关系”．已知小车的质量M，砝码盘的质量m₀，打点计时器使用的交流电频率f=50Hz．
（1）探究方案的实验步骤
A．按图甲安装好实验装置；
B．调节木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；
C．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m
D．将小车紧靠计时器，接通电源后放开小车，得到一条打点清晰的纸带，由纸带求得小车的加速度a；
E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量m，重复多次步骤，得到多组m、a．
（2）记录数据及数据分析
①实验中打出的其中一条纸带如图2所示，由该纸带可求得小车的加速度a=0.88m/s²．
②实验小组认为小车受到的合外力F=mg，根据记录数据和纸带，将计算得到合外力和加速度填入设计的表中（表略）；
③建立a-F坐标系，利用②中得到的表中数据描点得到如图丙所示的图线，根据图线，结论“小车加速度a与外力F成正比”是不成立（选填“成立”或“不成立”）的；已知图线延长线与横轴的交点A的坐标是（-0.08），由此可知，砝码盘的质量m₀=0.008kg．（已知数据测量是准确的，重力加速度g取10m/s²）
（3）方案评估
若认为小车受到的合外力等于砝码盘和砝码的总重力，即F=（m₀+m）g，实验中随着F的增大，不再满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量要求，实验图象应为图丁中的A（填正确答案标号）

Answer 1

分析 （2）在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，根据作差法求解加速度；由图象可知，当外力为零时，物体有加速度，通过对小车受力分析即可求．
（3）根据小车做匀速运动列出方程，对合外力进行分析即可求解．

解答 解：（2）①根据△x=aT²，运用逐差法得，a=$\frac{（7.75+8.64-6.00-6.87）×1{0}^{-2}}{4×0.01}$m/s²=0.88m/s²．
③由图示图象可知，图象是不过原点的倾斜直线，a与F不成正比；
由图象可知，当F=0时，物体有加速度，这说明在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力，
图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是砝码盘的重力大小，砝码盘的重力大小为：0.08N，则砝码盘的质量m₀=0.008kg．
（3）当物体小车匀速下滑时有：mgsinθ=f+（m+m₀）g，当取下细绳和砝码盘后，由于重力沿斜面向下的分力mgsinθ和摩擦力f不变，因此其合外力为（m+m₀）g，由此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故a-F图线是过原点的倾斜直线．故选：A．
故答案为：（2）0.88，不成立，0.008，（3）A．

点评 本题考查“探究加速度与物体受力的关系”实验，要注意明确实验原理，知道实验中应注意的事项，同时明确利用逐差分求解加速度的基本思路和方法，并能根据函数关系分析图象的性质．