Question

某實驗小組設計了如圖（a）所示的實驗裝置研究加速度和力的關系．

（1）在該實驗中必須采用控制變量法，應保持

小車的總質量

不變，用鉤碼所受的重力作為

小車所受拉力

，用DIS測小車的加速度．通過改變鉤碼的數量，多次重復測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖象．在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖（b）所示．
（2）圖線

①

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

C

．
A．小車與軌道之間存在摩擦     B．導軌保持了水平狀態
C．所掛鉤碼的總質量太大       D．所用小車的質量太大
（4）小車和位移傳感器接收部分的總質量m=

0.5

kg；滑塊和軌道間的動摩擦因數μ=

0.2

（g取10m/s²）．

Answer 1

分析：（1）根據控制變量法，來控制小車的總質量不變，從而研究加速度與合力的關系，通過平衡摩擦力，使得小車受的拉力等于鉤碼所受的重力；
（2）根據圖象①可知，當拉力為零時，物體已經具有加速度，②圖象，有拉力時，加速度為零，由此可知，一個是由于木板傾斜的太厲害，一個沒有傾斜或者傾斜的角度太小．
（3）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和操作細節，理解該實驗的實驗原理和數據處理以及注意事項，知道實驗誤差的來源．
（4）根據a-F圖象的特點結合牛頓第二定律求解，明確圖象斜率的含義．

解答：解：（1）該實驗中必須采用控制變量法，才能研究其他兩個量的關系，因此當控制小車的總質量不變時，則根據小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖象來確定兩者的關系，因平衡摩擦力后，此處小車所受的拉力大小等于鉤碼所受的重力．
（2）由圖象可知，當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高．所以圖線①是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的．
（3）隨著鉤碼的數量增大到一定程度時圖（b）的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛鉤碼的總質量太大，不再滿足小車質量遠大于鉤碼質量，因此我們再把用鉤碼所受重力作為小車所受的拉力，會導致大的誤差，因此C正確，ABD錯誤；
（4）根據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．
由a-F圖象②得，當F=1N時，物體即將要滑動，此時有F=f，因此滑動摩擦力等于1N，
所以滑塊和軌道間的動摩擦因數μ=

f

N

=

1

0.5×10

=0.2．
故答案為：（1）小車的總質量　小車所受拉力　（2）①（3）C　 （4）0.5　0.2

點評：對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數據處理等，同時要清楚每一項操作存在的理由，只有掌握好了基本知識和基本方法才能順利解決實驗題目，所以要重視基本知識和基本方法的學習和訓練．注意小車的拉力能等于重力的前提條件，并掌握圖象斜率的含義．