Question

17．如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置．实验操作中，用钩码所受的重力作为小车所受外力，用DIS系统测定小车的加速度．在保持小车总质量不变的情况下，改变所挂钩码的数量，多次重复测量，将数据输入计算机，得到如图（1）所示的a～F关系图线

（1）分析发现图线在水平轴上有明显的截距（OA不为零），这是因为没有平衡摩擦力．
（2）图线AB段基本是一条直线，而BC段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（单选）D
（A）小车与轨道之间存在摩擦
（B）释放小车之前就启动记录数据的程序
（C）实验的次数太多
（D）钩码的总质量不是远小于小车的总质量
（3）在多次实验中，如果钩码的总质量不断地增大，BC曲线将不断地延伸，那么该曲线所逼近的渐近线的方程为a=g．
（4）实验中通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．他们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，如上图中图（b）所示．图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；（选填“①”或“②”）
在轨道水平时小车运动的阻力f=0.5．

Answer 1

分析 （1）实验时要平衡摩擦力，否则小车受到的合力不等于钩码的拉力，应用图象法处理实验数据时，图象不过原点，在F轴上有截距．
（2、3）当钩码质量远小于小车质量时，小车受到的拉力近似等于钩码受到的重力；如果钩码质量太大，小车受到的拉力小于钩码重力，图象发生弯曲，如果钩码的总质量不断地增大，BC曲线将不断地延伸，那么加速度趋向为a=g；
（4）根据a-F图象的特点结合牛顿第二定律分析求解．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．

解答 解：（1）图线在水平轴上有明显的截距（OA不为零），这是因为实验时没有平衡摩擦力，小车受到的合力小于钩码对小车的拉力造成的．
（2）图线AB段基本是一条直线，而BC段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码总质量过大，大于小车的总质量，故D正确；
故选：D
（3）如果钩码的总质量不断地增大，BC曲线将不断地延伸，那么加速度趋向为a=g，即该曲线所逼近的渐近线的方程为a=g，
（4）在水平轨道上，由于受到摩擦力，拉力不为零时，加速度仍然为零，可知图线Ⅱ是在轨道水平的情况下得到的．当轨道的右侧抬高过高时，（平衡摩擦力过度），拉力等于0时，会出现加速度，所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．
根据牛顿第二定律得，F-f=ma，a=$\frac{F}{m}-\frac{f}{m}$，图线的斜率表示质量的倒数；因为F=0.5N时，加速度为零，解得f=0.5N．
故答案为：（1）没有平衡摩擦力；（2）D；（3）a=g；（4）①；0.5

点评 实验装置虽然有所变动，但是实验原理、实验方法、操作细节等是一样的，故任何实验明确实验原理是解答实验的关键，对于图象问题，通常的方法是得出两个物理量的表达式，结合图线的斜率和截距进行求解．要清楚实验的研究方法和实验中物理量的测量．当钩码的质量远小于小车的总质量时，钩码所受的重力才能作为小车所受外力．