Question

18．圖1所示為某同學研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質量間的關系”的實驗裝置示意圖．

（1）實驗中，需要補償打點計時器對小車的阻力及其它阻力：小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器．把木板一端墊高，調節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動．（寫出剩余實驗步驟）
（2）實驗中，為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于細繩對小車的拉力，砂和砂桶的總質量m與小車和車上砝碼的總質量M之間應滿足的條件是m遠小于M．這樣，在改變小車上砝碼的質量時，只要砂和砂桶質量不變，就可以認為小車所受拉力幾乎不變．
（3）如圖2所示，A、B、C為三個相鄰的計數(shù)點，若相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為T，A、B間的距離為x₁，B、C間的距離為x₂，已知T=0.10s，x₁=5.90cm，x₂=6.46cm，則a=0.56m/s²（結果保留2位有效數(shù)字）．

（4）在做實驗時，該同學已補償了打點計時器對小車的阻力及其它阻力．在處理數(shù)據(jù)時，他以小車的加速度的倒數(shù)$\frac{1}{a}$為縱軸，以小車和車上砝碼的總質量M為橫軸，描繪出$\frac{1}{a}$-M圖象，圖3中能夠正確反映$\frac{1}{a}$-M關系的示意圖是C．

（5）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量，在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關系圖線（如圖4所示）．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是C．
A．小車與軌道之間存在摩擦  B．導軌保持了水平狀態(tài)
C．所掛鉤碼的總質量太大    D．所用小車的質量太大．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力時，把木板一端墊高，調節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動；
（3）根據(jù)勻變速直線運動的推論△x=aT²求解加速度，
（4）根據(jù)牛頓第二定律得出加速度的倒數(shù)與質量的關系，從而選擇圖象，控制實驗所控制的變量，分析圖象，根據(jù)圖象特點得出實驗結論；
（5）根據(jù)實驗注意事項分析圖象偏離直線的原因．

解答 解：（1）平衡摩擦力時，把木板一端墊高，調節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動；
（3）根據(jù)△x=aT²得：$a=\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}=\frac{0.0646-0.0590}{0.01}$=0.56m/s²，
（4）根據(jù)牛頓第二定律得：$a=\frac{mg}{M+m}$，則$\frac{1}{a}=\frac{1}{mg}M+\frac{1}{g}$，則以$\frac{1}{a}$為縱軸，以總質量M為橫軸，作出的圖象為一傾斜直線，且縱坐標不為0，故C正確．
故選：C
（5）只有當小車的質量遠遠大于鉤碼的質量時，才可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的質量太大，則小車受到的合力小于鉤碼的重力，實驗誤差較大，a-F圖象偏離直線，故C正確．
故選：C
故答案為：（1）調節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動；（3）0.56；（4）C；（5）C

點評 解決實驗問題的關鍵是明確實驗原理，同時熟練應用基本物理規(guī)律解決實驗問題，要明白公式的△x=aT²的推導和應用，知道為什么沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量時沙和沙桶的重力可以認為等于小車的拉力，對于基本知識規(guī)律不但明白是什么還要知道為什么．