Question

18．某組同學(xué)設(shè)計(jì)了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．圖（a）為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，A為小車，B為電火花計(jì)時器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)�力F等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得．

①在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，保持細(xì)砂和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量m的數(shù)據(jù)．在分析處理時，該組同學(xué)產(chǎn)生分歧；甲同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖象，乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量m的倒數(shù)$\frac{1}{m}$的圖象．兩位同學(xué)都按照自己的方案裝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注．但尚未完成圖象（如圖b所示）．你認(rèn)為同學(xué)乙（填“甲”、“乙”）的方案更合理．請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)中的圖象．由圖象可知，該實(shí)驗(yàn)中使用的細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量為0.05kg．
②在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中細(xì)砂的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖（c），該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因?qū)嶒?yàn)前該同學(xué)未平衡（或未完全平衡）摩擦力．．

Answer 1

分析 （1）為研究a與m的關(guān)系，作a與$\frac{1}{m}$的關(guān)系關(guān)系圖線，注意選取好標(biāo)度，根據(jù)牛頓第二定律求出細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量．
（2）圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)F為某一值時，加速度為零，知平衡摩擦力不足．

解答 解：①因?yàn)榧淄瑢W(xué)得出a與m的關(guān)系圖線為曲線，不能準(zhǔn)確得出a與m的關(guān)系，
而乙同學(xué)作出a與$\frac{1}{m}$的圖線是傾斜直線，得出a與$\frac{1}{m}$的成正比，則a與m成反比．
所以乙同學(xué)方案更合理．
根據(jù)F=ma得：a=$\frac{F}{m}$，所以a與$\frac{1}{m}$的圖線斜率表示細(xì)沙和小桶的總重力，即k=m′g，
所以細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量m′=$\frac{k}{g}$=0.05kg；
②從圖象可以看出當(dāng)有了一定的拉力F時，小車的加速度仍然是零，小車沒動說明小車的合力仍然是零，即小車還受到摩擦力的作用，
說明摩擦力還沒有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的還不夠，沒有完全平衡掉摩擦力，
所以圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)未平衡（或未完全平衡）摩擦力．
故答案為：①乙；如圖；0.05
②實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)未平衡（或未完全平衡）摩擦力．

點(diǎn)評 本題考查了打點(diǎn)計(jì)時器的應(yīng)用及打出的紙帶的處理方法，有利于學(xué)生基本知識的掌握，同時也考查了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，及試驗(yàn)條件的掌握，平衡摩擦力的方法．