Question

7．某同学设计了一个探究加速度与物体所受合外力F及质量M的关系实验．图1为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶（总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板．
若保持砂和砂桶质量m不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M及对应的$\frac{1}{M}$数据如所示．

次数	1	2	3	4	5
小车加速度a/（m•s-2）	1.98	1.48	1.00	0.67	0.50
小车质量M/kg	0.25	0.33	0.50	0.75	1.00
质量倒数$\frac{1}{M}$/kg-1	4.00	3.00	2.00	1.33	1.00

（1）根据表数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图2所示的方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线．
（2）从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是a∝$\frac{1}{M}$．
（3）某同学在探究a与F的关系时，把砂和砂桶的总重力当作  小车的合外力F，作出a-F图线如图3所示，试分析图线不过原点的原因是平衡摩擦力时木板倾角太大，图线上部弯曲的原因是没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量．
（4）为了探究两个物理量之间的关系，要保持第三个物理量不变，这种探究方法叫做控制变量法．

Answer 1

分析 根据表格中数据采用描点法画出图象，找出它们之间的关系．
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．
该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要．

解答 解：（1）根据图表在坐标纸上描点，然后用一条直线将这些点和坐标原点连接起来，图象如图所示：

（2）从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是成反比，即a∝$\frac{1}{M}$
（3）开始物体所受拉力为零时，却产生了加速度，故操作过程中平衡摩擦力时木板倾角过大，随着外力F的增大，砂和砂筒的质量越来越大，最后出现了不满足远小于小车质量的情况，因此图线出现了偏折现象．
（4）该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，研究三者关系必须运用控制变量法．
故答案为：（1）图象如图所示；（2）a∝$\frac{1}{M}$；（3）平衡摩擦力时木板倾角太大；没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量；（4）控制变量．

点评 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，尤其是理解平衡摩擦力和M＞＞m的操作和要求的含义．