Question

某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究加速度和力的關(guān)系．

（1）在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法，應(yīng)保持

 

不變，用

 

作為小車所受的拉力．
（2）如圖（b）是某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出．從紙帶上測(cè)出x₁=3.20cm，x₂=4.52cm，x₅=8.42cm，x₆=9.70cm．則木塊加速度大小a=

 

m/s²（保留2位有效數(shù)字）．
（3）通過(guò)改變鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量，可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a與所受拉力F的關(guān)系圖象．在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條a-F圖線，如圖（c）所示．圖線

 

（選填“①”或“②”）是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的．
（4）隨著鉤碼的數(shù)量增大到一定程度，圖（c）中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是

 

．
A．小車與軌道之間存在摩擦    
B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)
C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大
D．所用小車的質(zhì)量太大
（5）根據(jù)圖（c）可求出小車質(zhì)量m=

 

kg．

Answer 1

分析：（1）該實(shí)驗(yàn)是探究加速度與力的關(guān)系，我們采用控制變量法進(jìn)行研究．根據(jù)圖象得出變量之間的關(guān)系，知道鉤碼所受的重力作為小車所受外力．
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度．
（3）研究加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)采用控制變量法；在實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，如果不平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，則a-F圖象在F軸上有截距；
（4）只有當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量時(shí)才可近似認(rèn)為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，如果鉤碼質(zhì)量太大，小車受到的拉力明顯小于鉤碼重力，a-F圖象不是直線，要發(fā)生彎曲．
（5）根據(jù)圖象的斜率，即可求解物體的質(zhì)量．

解答：解：（1）因?yàn)橐�探索“加速度和力的關(guān)系”所以應(yīng)保持小車的總質(zhì)量不變，鉤碼所受的重力作為小車所受外力；
（2）相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：△x=at²，
a=

x5+x6-(x1+x2)

8t2

=

0.0842+0.0970-0.032-0.0452

8×0．12

m/s2=1.3m/s²．
（3）在該實(shí)驗(yàn)中采用的方法是控制變量法：保持小車的總質(zhì)量不變，
用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力，用傳感器測(cè)小車的加速度．
通過(guò)改變鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量，可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．
軌道右側(cè)抬高成為斜面，平衡摩擦力，得到的a-F圖象為①所示圖線．
（4）隨著鉤碼的數(shù)量逐漸增大，圖（b）中的圖線明顯偏離直線，
造成此誤差的主要原因是：C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大．
（5）根據(jù)F=ma得a-F圖象的斜率k=

1

m

，
由a-F圖象得圖象斜率k=2，所以m=0.5kg．
故答案為：（1）小車的質(zhì)量，鉤碼的重力；（2）1.3；（3）①；（4）C；（5）0.5．

點(diǎn)評(píng)：要清楚實(shí)驗(yàn)的研究方法和實(shí)驗(yàn)中物理量的測(cè)量．當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量時(shí)，鉤碼所受的重力才能作為小車所受外力．
能夠從物理情境中運(yùn)用物理規(guī)律找出物理量間的關(guān)系，要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．
實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意平衡摩擦力，注意小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量，注意控制變量法的應(yīng)用．
對(duì)于實(shí)驗(yàn)我們要明確實(shí)驗(yàn)原理、具體實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時(shí)要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由，只有掌握好了基本知識(shí)和基本方法才能順利解決實(shí)驗(yàn)題目，所以要重視基本知識(shí)和基本方法的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練．