Question

某实验小组设计了如图（a）所示的实验装置研究加速度和力的关系．

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持

小车的总质量

不变，用钩码所受的重力作为

小车所受拉力

，用DIS测小车的加速度．通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图（b）所示．
（2）图线

①

（选填“①”或“②”）是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．
（3）随着钩码的数量增大到一定程度时图（b）中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是

C

．
A．小车与轨道之间存在摩擦     B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大       D．所用小车的质量太大
（4）小车和位移传感器接收部分的总质量m=

0.5

kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ=

0.2

（g取10m/s²）．

Answer 1

分析：（1）根据控制变量法，来控制小车的总质量不变，从而研究加速度与合力的关系，通过平衡摩擦力，使得小车受的拉力等于钩码所受的重力；
（2）根据图象①可知，当拉力为零时，物体已经具有加速度，②图象，有拉力时，加速度为零，由此可知，一个是由于木板倾斜的太厉害，一个没有倾斜或者倾斜的角度太小．
（3）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和操作细节，理解该实验的实验原理和数据处理以及注意事项，知道实验误差的来源．
（4）根据a-F图象的特点结合牛顿第二定律求解，明确图象斜率的含义．

解答：解：（1）该实验中必须采用控制变量法，才能研究其他两个量的关系，因此当控制小车的总质量不变时，则根据小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象来确定两者的关系，因平衡摩擦力后，此处小车所受的拉力大小等于钩码所受的重力．
（2）由图象可知，当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高．所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．
（3）随着钩码的数量增大到一定程度时图（b）的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，不再满足小车质量远大于钩码质量，因此我们再把用钩码所受重力作为小车所受的拉力，会导致大的误差，因此C正确，ABD错误；
（4）根据F=ma得a-F图象的斜率k=

1

m

，
由a-F图象得图象斜率k=2，所以m=0.5kg．
由a-F图象②得，当F=1N时，物体即将要滑动，此时有F=f，因此滑动摩擦力等于1N，
所以滑块和轨道间的动摩擦因数μ=

f

N

=

1

0.5×10

=0.2．
故答案为：（1）小车的总质量　小车所受拉力　（2）①（3）C　 （4）0.5　0.2

点评：对于实验我们要明确实验原理、具体实验操作以及数据处理等，同时要清楚每一项操作存在的理由，只有掌握好了基本知识和基本方法才能顺利解决实验题目，所以要重视基本知识和基本方法的学习和训练．注意小车的拉力能等于重力的前提条件，并掌握图象斜率的含义．