Question

3．某同學設計了一個探究加速度與物體所受合外力F及質(zhì)量M的關系實驗．圖為實驗裝置簡圖，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）下列做法正確的是AD（填字母代號）．
A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引小車的細繩與長木板保持平行
B．在調(diào)節(jié)長木板傾斜度平衡小車受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上
C．為使沙桶及桶內(nèi)沙的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，應滿足的條件是沙桶及桶內(nèi)沙的總質(zhì)量遠大于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量．
D．通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
E．實驗時，先放開小車再接通打點計時器的電源
F．在這個實驗中，為了探究兩個物理量之間的關系，要保持第三個物理量不變，這種探究方法叫做等效法
（2）若保持砂和砂桶質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，分別得到小車加速度a與質(zhì)量M及對應的1/M數(shù)據(jù)如下表所示．

次數(shù)	1	2	3	4	5
小車加速度a/（m•s-2）	1.98	1.48	1.00	0.67	0.50
小車質(zhì)量M/kg	0.25	0.33	0.50	0.75	1.00
質(zhì)量倒數(shù)1/M/kg-1	4.00	3.00	2.00	1.33	1.00

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖所示的方格坐標紙中選擇恰當?shù)奈锢砹拷�立坐標系，并作出圖線．從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質(zhì)量M之間存在的關系是a與M成反比．
（3）某同學在探究a與F的關系時，把砂和砂桶的總重力當作小車的合外力F，作出a-F圖線如圖所示，試分析圖線不過原點的原因是平衡摩擦力時木板傾角太大，圖線上部彎曲的原因是沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量M．

Answer 1

分析 （1）實驗要保證拉力等于小車受力的合力，要平衡摩擦力，細線與長木板平行，平衡摩擦力后，有mgsinθ=μmgcosθ，即μ=tanθ，與質(zhì)量無關，則不需要從新平衡摩擦力，實驗時，先接通電源后放開小車；
（2）為研究a與m的關系，作a與$\frac{1}{M}$的關系圖線，注意選取好標度．根據(jù)圖象運用數(shù)學知識求出物理量的關系；
（3）實驗中變量比較多，因此采用“控制變量法”進行，在具體操作中要求正確平衡摩擦力，小車質(zhì)量M遠大于砂和砂桶的質(zhì)量，否則將產(chǎn)生較大誤差．

解答 解：（1）A、調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行，否則拉力不會等于合力，故A正確；
B、在調(diào)節(jié)模板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，不應懸掛“重物”，故B錯誤；  
C、為使沙桶及桶內(nèi)沙的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，應滿足的條件是沙桶及桶內(nèi)沙的總質(zhì)量遠小于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量，故C錯誤；
D、平衡摩擦力后，有mgsinθ=μmgcosθ，即μ=tanθ，與質(zhì)量無關，故通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度，故D正確；
E、打點計時器要“早來晚走”即實驗開始時先接通打點計時器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當實驗結(jié)束時應先控制木塊停下再停止打點計時器，故E錯誤；
F、為了探究兩個物理量之間的關系，要保持第三個物理量不變，這種探究方法叫做控制變量法，故F錯誤；
故選：AD
（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)，通過描點，作出圖線，如下圖所示．
根據(jù)圖象可知，a與$\frac{1}{M}$成正比，即F不變時，小車加速度a與質(zhì)量M成反比，
（3）圖中當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0，說明小車的摩擦力小于重力的分力，所以原因是實驗前木板右端墊得過高，即平衡摩擦力過度導致．隨著外力F的增大，砂和砂桶的質(zhì)量越來越大，最后出現(xiàn)了不滿足遠小于小車質(zhì)量的情況，因此圖線出現(xiàn)了偏折現(xiàn)象
故答案為：（1）AD；（2）如圖所示；a與M成反比；（3）平衡摩擦力時木板傾角太大；沒有滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量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．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚．直觀反映兩個物理量的關系是要找出這兩個量的線性關系，即畫出直線圖象．