Question

17．如圖為“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)）研究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置．實(shí)驗(yàn)操作中，用鉤碼所受的重力作為小車所受外力，用DIS系統(tǒng)測(cè)定小車的加速度．在保持小車總質(zhì)量不變的情況下，改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，得到如圖（1）所示的a～F關(guān)系圖線

（1）分析發(fā)現(xiàn)圖線在水平軸上有明顯的截距（OA不為零），這是因?yàn)闆]有平衡摩擦力．
（2）圖線AB段基本是一條直線，而BC段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是（單選）D
（A）小車與軌道之間存在摩擦
（B）釋放小車之前就啟動(dòng)記錄數(shù)據(jù)的程序
（C）實(shí)驗(yàn)的次數(shù)太多
（D）鉤碼的總質(zhì)量不是遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量
（3）在多次實(shí)驗(yàn)中，如果鉤碼的總質(zhì)量不斷地增大，BC曲線將不斷地延伸，那么該曲線所逼近的漸近線的方程為a=g．
（4）實(shí)驗(yàn)中通過(guò)增加鉤碼的數(shù)量，多次測(cè)量，可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．他們?cè)谲壍浪�平和傾斜的兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條a-F圖線，如上圖中圖（b）所示．圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的；（選填“①”或“②”）
在軌道水平時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的阻力f=0.5．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)要平衡摩擦力，否則小車受到的合力不等于鉤碼的拉力，應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，圖象不過(guò)原點(diǎn)，在F軸上有截距．
（2、3）當(dāng)鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，小車受到的拉力近似等于鉤碼受到的重力；如果鉤碼質(zhì)量太大，小車受到的拉力小于鉤碼重力，圖象發(fā)生彎曲，如果鉤碼的總質(zhì)量不斷地增大，BC曲線將不斷地延伸，那么加速度趨向?yàn)閍=g；
（4）根據(jù)a-F圖象的特點(diǎn)結(jié)合牛頓第二定律分析求解．理解該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，知道實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源．

解答 解：（1）圖線在水平軸上有明顯的截距（OA不為零），這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)沒有平衡摩擦力，小車受到的合力小于鉤碼對(duì)小車的拉力造成的．
（2）圖線AB段基本是一條直線，而BC段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是鉤碼總質(zhì)量過(guò)大，大于小車的總質(zhì)量，故D正確；
故選：D
（3）如果鉤碼的總質(zhì)量不斷地增大，BC曲線將不斷地延伸，那么加速度趨向?yàn)閍=g，即該曲線所逼近的漸近線的方程為a=g，
（4）在水平軌道上，由于受到摩擦力，拉力不為零時(shí)，加速度仍然為零，可知圖線Ⅱ是在軌道水平的情況下得到的．當(dāng)軌道的右側(cè)抬高過(guò)高時(shí)，（平衡摩擦力過(guò)度），拉力等于0時(shí)，會(huì)出現(xiàn)加速度，所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的．
根據(jù)牛頓第二定律得，F(xiàn)-f=ma，a=$\frac{F}{m}-\frac{f}{m}$，圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)；因?yàn)镕=0.5N時(shí)，加速度為零，解得f=0.5N．
故答案為：（1）沒有平衡摩擦力；（2）D；（3）a=g；（4）①；0.5

點(diǎn)評(píng) 實(shí)驗(yàn)裝置雖然有所變動(dòng)，但是實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、操作細(xì)節(jié)等是一樣的，故任何實(shí)驗(yàn)明確實(shí)驗(yàn)原理是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，對(duì)于圖象問題，通常的方法是得出兩個(gè)物理量的表達(dá)式，結(jié)合圖線的斜率和截距進(jìn)行求解．要清楚實(shí)驗(yàn)的研究方法和實(shí)驗(yàn)中物理量的測(cè)量．當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量時(shí)，鉤碼所受的重力才能作為小車所受外力．