题目内容

2．某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律．
（1）本实验应用的实验方法是A
A．控制变量法   B．假设法  C．理想实验法  D．等效替代法
（2）（多选题）为了验证加速度与合外力成正比，实验中必须做到AC
A．实验前要平衡摩擦力
B．每次都必须从相同位置释放小车
C．拉小车的细绳必须保持与轨道平行
D．拉力改变后必须重新平衡摩擦力
（3）图2为某次实验得到的纸带，纸带上相邻的两计数点间有四个点未画出，则小车的加速度大小为a=0.64m/s2（结果保留两位有效数字）
（4）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图象，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能有BD．
A．木板右端垫起的高度过小（即平衡摩擦力不足）
B．木板右端垫起的高度过大（即平衡摩擦力过度）
C．盘和重物的总质量m远小于车和砝码的总质量M（即m＜＜M）
D．盘和重物的总质量m不远小于车和砝码的总质量M

（5）若保持盘和重物质量m不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量$\frac{1}{M}$及对应的数据如表所示．
次数12345
小车加速度a/（m•s-2）0.990.740.500.340.25
小车质量M/kg0.250.330.500.751.00
质量倒数$\frac{1}{M}$/kg-14.003.002.001.331.00
①根据表数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线．
②由图象得出的结论是在合外力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比．

分析 探究加速度与力的关系实验时，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车．
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．
为研究a与m的关系，作a与$\frac{1}{M}$的关系图线，注意选取好标度，分析图示图象得出实验结论．

解答 解：（1）探究加速度与力的关系时，要控制小车质量不变而改变拉力大小；探究加速度与质量关系时，应控制拉力不变而改变小车质量；这种实验方法是控制变量法．故选：A．
（2）A、实验首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力，故A正确；
B、每次小车不需要要从同一位置开始运动，故B错误；
C、要使绳子的拉力等于合力，则需要拉小车的细绳必须保持与轨道平行，故C正确；
D、由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量即改变拉小车拉力，不需要重新平衡摩擦力，故D错误；
故选：AC
（3）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
设第一个计数点到第二个计数点之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6，
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，
x4-x1=3a1T2，x5-x2=3a2T2，x6-x3=3a3T2，
加速度：a=$\frac{1}{3}$（a1+a2+a3）=$\frac{（0.0895+0.0961+0.1026）-（0.0705+0.0768+0.0833）}{9×0．{1}^{2}}$m/s2=0.64m/s2．
（4）由图象可知小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，说明合外力大于0，说明平衡摩擦力过度，即木板与水平面的夹角太大，故A错误，B正确．
该实验中当小车的质量远大于钩码质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小，随着F的增大，即随着钩码质量增大，逐渐的钩码质量不再比小车质量小的多，因此会出现较大误差，图象会产生偏折现象，故C错误，D正确．故选：BD．
（5）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示：

由图示图象可知，在合外力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比．
故答案为：（1）A；（2）AC；（3）0.64；（4）BD；（5）如图所示；在合外力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比．

点评 该题考查了实验注意事项、实验数据处理分析，知道实验原理及注意事项即可正确解题；探究加速度与力、质量的关系实验时，要平衡小车受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不够、或过平衡摩擦力，小车受到的合力不等于钩码的重力．

练习册系列答案
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