Question

17．如圖為“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)）研究加速度和力的關(guān)系”的實驗裝置．實驗操作中，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)測量，將數(shù)據(jù)輸入計算機(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），這是因為沒有平衡摩擦力．
（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記錄數(shù)據(jù)的程序
（C）實驗的次數(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）在多次實驗中，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）實驗中通過增加鉤碼的數(shù)量，多次測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，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”）
在軌道水平時小車運動的阻力f=0.5．

Answer 1

分析 （1）實驗時要平衡摩擦力，否則小車受到的合力不等于鉤碼的拉力，應(yīng)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)時，圖象不過原點，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，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，那么加速度趨向為a=g；
（4）根據(jù)a-F圖象的特點結(jié)合牛頓第二定律分析求解．理解該實驗的實驗原理和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，知道實驗誤差的來源．

解答 解：（1）圖線在水平軸上有明顯的截距（OA不為零），這是因為實驗時沒有平衡摩擦力，小車受到的合力小于鉤碼對小車的拉力造成的．
（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，那么加速度趨向為a=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，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)抬高過高時，（平衡摩擦力過度），拉力等于0時，會出現(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)；因為F=0.5N時，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

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