Question

6．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量M关系的实验，图（a）为实验装置简图．（交流电的频率为50Hz）

（1）图（b）所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为3.2m/s²．（保留两位有效数字）
（2）若取小车质量M=0.4kg，改变砂桶和砂的质量m的值，进行多次实验，以下m的值不合适的是BD（多选题）．
A．m₁=5g    B．m₂=1kg    C．m₃=10g    D．m₄=400g
（3）为了用细线的拉力表示小车受到的合外力，实验操作时必须首先平衡小车的摩擦力，该操作是否成功，判断的依据是不挂砂桶时，小车在倾斜的木板上是否匀速运动．
（4）某同学在做加速度和力、质量的关系的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示：

F/N	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a/（m•s-2）	0.11	0.19	0.29	0.40	0.51

①根据表中的数据在图（c）示的坐标中作出a-F图象；
②若甲、乙两同学在实验过程中，由于没有按照正确步骤进行实验，处理数据后得出如图（d）所示的a-F图象．试分析甲、乙两同学可能存在的问题：
甲：平衡摩擦力时把长木板抬得过高
乙：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）根据逐差法△x=aT²可求出物体的加速度；
（2）根据实验原理可知当砂和桶的总质量m要远小于小车的总质量M时，可将砂和桶的总重力看作小车的拉力；
（3）根据力的合成，要想小车受到的合外力等于细线的拉力，则其他力的合力为零，所以要平衡摩擦力；平衡摩擦力后不挂物体时小车做匀速直线运动，故打出的纸带是均匀的；
（4）根据表格中的数据作出图线，根据实验原理析甲、乙两同学可能存在的问题．

解答 解：（1）纸带的运动方向向左，依次取四组数据为：x₁，x₂，x₃，x₄，
则加速度：a=$\frac{{x}_{4}+{x}_{3}-{x}_{2}-{x}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{0.0772+0.0721-0.0670-0.0619}{4×（0.04）^{2}}$=3.2m/s²．
  （2）根据实验原理可知当砂和桶的总质量m要远小于小车的总质量M时，可将砂和桶的总重力看作小车的拉力，一般认为大于10倍为远远大于，所以AC合适，BD不合适．
故选：BD
（3）根据力的合成，要想小车受到的合外力等于细线的拉力，则其他力的合力为零，所以要平衡摩擦力，即实验操作时必须首先平衡摩擦力；
平衡摩擦力后不挂物体时小车应做匀速直线运动；
（4）①根据描点法作出图象，如图所示．

②图线甲表明在小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，说明合外力大于0，说明平衡摩擦力过大，即平衡摩擦力时把长木板抬得过高．
图线乙说明在拉力大于0时，物体的加速度为0，说明合外力为0，即绳子的拉力被摩擦力平衡了，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案为：（1）3.2；（2）BD；（3）平衡小车的摩擦力，匀速；（4）①如图所示；②平衡摩擦力时把长木板抬得过高；没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

点评 实验问题需要结合物理规律去解决．对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．比如为什么要平衡摩擦力等．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数据处理以及注意事项．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚