Question

15．某同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验，图（a）为实验装置简图，A为小车，B为某种打点计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总质量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．

（1）图（b）为实验中所用打点计时器的学生电源．由学生电源可以判断该同学选用（c）中的乙（填“甲”或“乙”）打点计时器，上述图（b）的安装中存在的错误有：①接线柱应接在交流电上；②电压应选择6V档
（2）在“探究加速度a与质量m的关系”时，保持细砂和小桶质量不变，改变小车质量m，分别记录小车加速度a与其质量m的数据．在分析处理时，同学们存在两种方案；甲同学认为应该根据实验中测得的数据作出小车加速度a与其质量m的图象；乙同学认为应该根据实验中测得的数据作出小车加速度a与其质量倒数$\frac{1}{m}$的图象．两位同学都按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象（如图e所示），你认为同学乙（填“甲”、“乙”）的方案更合理，请继续帮助该同学作出坐标中的图象．

（3）在“探究加速度a与合力F的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中细砂的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图（e），该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因．答：该同学未平衡（或未完全平衡）摩擦力．

Answer 1

分析 （1）根据打点计时器的工作电压进行选择；
（2）为研究a与m的关系，作a与$\frac{1}{m}$的关系关系图线，注意选取好标度．
（3）图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，知平衡摩擦力不足

解答 解：（1）图（b）为实验中所用打点计时器的学生电源，由学生电源可以判断该同学选用的是图（c）中的乙打点
计时器，上述图（b）的安装中存在的错误有：①接线柱应接在交流电源上；②电压应选择6V档；
（2）由牛顿第二定律F=ma可知当合力F不变时m与a成反比，在a-m图象中应该
是双曲线，但是实验得出的各组数据是不是落在同一条双曲线上是不好判断的，但
是a-$\frac{1}{m}$的关系是正比例函数，此时各组数据是不是落在同一条直线上是非常容易观察的，所以乙同学的方
案更合理，实验得出的各组数据应该大体上落在同一条直线上．
（3）从图象可以看出有了一定的拉力F时，小车的加速度仍然是零，即小车还受到摩擦力作用，说明摩擦力还没有平衡掉．
故答案为：
（1）乙、接线柱应接在交流电上、电压应选择6V档；
（2）乙、如图；
（3）该同学未平衡（或未完全平衡）摩擦力

点评 本题考查了打点计时器的应用及打出的纸带的处理方法，有利于学生基本知识的掌握，同时也考查了学生对实验数据的处理方法，及试验条件的掌握，平衡摩擦力的方法．