Question

20．在研究加速度和力的關系實驗中，可用DIS（位移傳感器、數據采集器、計算機3）實驗裝進行實驗研究（如圖甲所示）

（1）在該實驗中必須采用控制變量法，應保持小車的質量不變，實驗時，調節(jié)軌道高度平衡小車運動的摩擦力，當滿足小車總質量遠大于鉤碼總質量條件時，可用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用DIS測小車的加速度．
（2）改變所掛鉤碼的數量，多次重復測量．在某次實驗中根據測得的多組數據可畫出a-F關系圖線（如圖乙所示）
①分析此圖線的OA段可得出的實驗結論是在質量不變的條件下，加速度與合外力成正比．
②此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的方要原因是所掛鉤碼的總質量太大．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力的關系，應控制小車的質量保持不變，平衡摩擦力后，滿足小車總質量遠大于鉤碼總質量時，可以用鉤碼的重力作為小車受到的合力；
（2）①控制實驗所控制的變量，分析圖象，根據圖象特點得出實驗結論；
②根據實驗注意事項分析圖象偏離直線的原因．

解答 解：（1）探究加速度與力的關系，應保持小車的質量不變，
以小車與鉤碼組成的系統(tǒng)為研究對象，系統(tǒng)所受的合外力等于鉤碼的重力m_鉤碼g，
由牛頓第二定律得：m_鉤碼g=（m_小車+m_鉤碼）a，小車的加速度a=$\frac{{m}_{鉤碼}g}{{m}_{小車}+{m}_{鉤碼}}$，
小車受到的拉力F=m_小車a=$\frac{{{m}_{小車}m}_{鉤碼}g}{{m}_{小車}+{m}_{鉤碼}}$，當m_鉤碼＜＜m_小車時，
可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力，
（2）①由圖象OA段可知，a與F成正比，即：在小車質量一定時，加速度a與小車受到的合力F成正比，
②根據（1）可知，當m_鉤碼＜＜m_小車時，可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的質量太大，
則小車受到的合力小于鉤碼的重力，實驗誤差較大，a-F圖象偏離直線．
故答案為：（1）小車的總質量；小車總質量遠大于鉤碼總質量；小車受到的合力；
（2）①在質量不變的條件下，加速度與合外力成正比；  ②所掛鉤碼的總質量太大

點評 本題考查了控制變量法的應用、實驗數據處理、實驗誤差分析，實驗誤差分析是本題的難點；應知道當砝碼質量遠小于小車質量時，可以認為小車受到的拉力等于鉤碼重力．