Question

7．某实验小组利用如图1所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验．

（1）在实验中必须将长木板右端垫高，目的是平衡摩擦力，当不挂钩码时小车能匀速运动时，表明已调好．
（2）为了减小误差，每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力，获取多组数据．若小车质量为400g，实验中每次所用的钩码总质量范围应选A组会比较合理．（填选项前的字母）
A．10g～40g   B．200g～400g    C．1000g～2000g      
（3）实验中打点计时器所使用的是交流 （交流、直流）电源，图2中给出的是实验中获取的纸带的一部分：1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点未标出，每两个计数点间的时间间隔是0.1 S，由该纸带可求得小车的加速度a=1.11．m/s²．（计算结果保留三位有效数字）
（4）如图3（a），是甲同学在探究加速度与力的关系时根据测量数据做出的a-F图线，图线不过坐标原点的原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线如图3（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？小车和砝码的总质量不同．

Answer 1

分析 （1）通过木板右端垫高，使小车的重力沿斜面的分力与小车的滑动摩擦力相等，则小车做匀速直线运动，摩擦力恰好被平衡．
（2）本实验要求钩码的质量远小于小车的质量，据此可正确解答．
（3）打点计时器使用交流电，根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小．
（4）图B中图象与横轴的截距大于0，说明在拉力大于0时，加速度等于0，即合外力等于0；a-F图象的斜率等于物体的质量，故斜率不同则物体的质量不同．

解答 解：（1）通过木板右端垫高，目的是平衡摩擦力，即小车的重力沿斜面的分力与小车的滑动摩擦力相等，则小车做匀速直线运动，摩擦力恰好被平衡．
（2）本实验要求钩码的质量远小于小车的质量，因此要求实验中每次所用的钩码总质量范围要小，故BC错误，A正确．
故选：A．
（3）打点计时器，使用交流电源．根据交流电的频率50Hz，则点与点时间间隔为0.02s，因每相邻两计数点间还有4个打点未标出，
所以每两个计数点间的时间间隔是T=0.02×5s=0.1s；
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
a=$\frac{0.0366+0.0476-0.0144-0.0255}{4×0.01}$m/s²=1.11m/s²
（4）图a中图象与横轴的截距大于0，说明在拉力大于0时，加速度等于0，说明物体所受拉力之外的其他力的合力大于0，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（3）由图可知在拉力相同的情况下a_乙＞a_甲，
根据F=ma可得m=$\frac{F}{a}$，即a-F图象的斜率等于物体的质量，且m_乙＜m_甲．故两人的实验中小车及车中砝码的总质量不同．
故答案为：（1）平衡摩擦力
（2）A
（3）交流    0.1     1.11，
（4）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；  小车和砝码的总质量不同

点评 明确实验原理以及具体的操作细节，加强动手实验，同时加强基本运动学规律在物理实验中的应用．对该实验要明确实验原理，尤其是正确理解该实验要满足的条件：小车质量远大于砝码质量．要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．