Question

20．某物理興趣小組設(shè)計了一個探究加速度a與物體所受合外力F及質(zhì)量M的關(guān)系實驗．圖1為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶（總質(zhì)量為m），D為一端帶有定滑輪的長木板．

（1）在這個實驗中，為了探究加速度、力、質(zhì)量三個物理量之間的關(guān)系，用到了一種常用的探究方法，這種方法叫做控制變量法
（2）在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗中，以下做法正確的兩項是BC
A．平衡摩擦力時，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B．平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運(yùn)動過程中紙帶也要受到阻力
C．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力
D．實驗時，先放開小車，后接通電源
（3）保持小車質(zhì)量M不變，改變砂和砂桶總質(zhì)量m，把砂和砂桶的總重力當(dāng)作小車的合外力F，探究a與F的關(guān)系．小東和小雅兩位同學(xué)分別做了實驗并作出了a-F圖線，如圖2所示，小輝和小吳初步分析后認(rèn)為：
小東的圖線出現(xiàn)偏差的原因是未平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠
小雅的圖線上部彎曲的原因是砂和砂桶總質(zhì)量m過大，不滿足條件m＜＜M．

Answer 1

分析 （1）探究力、質(zhì)量與加速度三個物理量之間的定量關(guān)系，必須先控制一個量不變，這樣的方法在物理學(xué)中稱為控制變量法
（2）探究加速度與拉力的關(guān)系實驗時，要平衡摩擦力，平衡摩擦力時，要求小車在無動力的情況下平衡摩擦力，不需要掛任何東西．小車的加速度應(yīng)根據(jù)打點計時器打出的紙帶求出；平衡摩擦力時，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以約掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作過程是先接通打點計時器的電源，再放開小車；
（3）由圖象可知，還沒有掛重物時，小車已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，由此可知圖象不過原點的原因．

解答 解：（1）為了探究力、質(zhì)量與加速度三個物理量之間的定量關(guān)系，可以在質(zhì)量一定的情況下，探究物體的加速度與力的關(guān)系；再在物體受力一定的情況下，探究物體的加速度與質(zhì)量的關(guān)系．最后歸納出加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系．這樣的物理方法稱為控制變量法．
（2）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車拖著紙帶沿木板運(yùn)動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動，故A錯誤，B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C正確；
D、實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運(yùn)動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時要求開始小車要靠近打點計時器，故D錯誤；
故選：BC
（3）小東：圖線不通過坐標(biāo)原點，F(xiàn)不為零時，加速度仍為零，知實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分．
小雅：隨著外力F的增大，砂和砂筒的質(zhì)量越來越大，最后出現(xiàn)了不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況，因此圖線出現(xiàn)了偏折現(xiàn)象．
故答案為：（1）控制變量法；（2）BC；
（3）未平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠；砂和砂桶總質(zhì)量m過大，不滿足條件m＜＜M

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，尤其是理解平衡摩擦力和M＞＞m的操作和要求的含義．只要掌握了實驗原理就能順利解決此類題目，就能舉一反三，所以要注意基本原理的學(xué)習(xí)．