Question

【題目】用如圖所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質量關系”的實驗。

（1）下下面列出了一些實驗器材：

打點計時器、紙帶、刻度尺、帶滑輪的長木板、墊塊、

小車和砝碼、砂和砂桶。除以上器材外，還需要的兩種實驗器材是________。

A．秒表 B．天平（附砝碼） C．直流電源 D．交流電源

（2）實驗中，需要平衡小車和紙帶運動過程中所受的阻力，正確的做法是________。

A．小車放在木板上，把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時沿木板做勻速直線運動。

B．小車放在木板上，掛上砂桶，把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在砂桶的作用下沿木板做勻速直線運動。

C．小車放在木板上，小車后面拴一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動。

（3）實驗中，為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，砂和砂桶的總質量m與小車和車上砝碼的總質量M之間應滿足的條件是________。

（4）實驗中需要計算小車的加速度。如圖所示， A、B、C為三個相鄰的計數點，若相鄰計數點之間的時間間隔為T，A、B間的距離為x1，B、C間的距離為x2，則小車的加速度a=________。已知T=0.10s，x1=5.90cm，x2=6.46cm，則a=________m/s2（結果保留2位有效數字）。

（5）某小組在探究“外力一定時，加速度與質量的關系”時，保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量M，分別記錄小車加速度a與其質量M的數據。在分析處理數據時，該組同學產生分歧：甲同學認為根據實驗數據可以作出小車加速度a與其質量M的圖像，如圖13（甲），然后由圖像直接得出a與M成反比。乙同學認為應該繼續驗證a與其質量倒數是否成正比，并作出小車加速度a與其質量倒數的圖像，如圖（乙）所示。你認為____同學（選填“甲”或“乙”）的方案更合理。

（6）另一小組在研究“質量一定時，加速度與力的關系”時，保持小車的質量不變，通過改變砂的質量來改變小車受到的拉力F，根據測得的數據作出a－F圖像，如圖所示。發現圖像不過原點，末端發生了彎曲，出現這種情況可能的原因是_______。

A．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過大，且小車質量較大

B．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過大，且砂和砂桶的質量較大

C．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過小，且砂和砂桶的質量較大

D．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過小，且小車質量較大

Answer 1

【答案】BD C m<<M 0.56 乙 B

【解析】

（1）根據實驗原理與實驗器材分析答題；

（2）實驗前要把木板的一端墊高以平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力；

（3）當小車質量遠大于砂與砂桶質量時可以近似認為小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力；

（4）應用勻變速直線運動的推論：△x=at2可以求出加速度；

（5）為方便實驗數據處理，作出的圖象應為直線，根據題意應用牛頓第二定律分析答題；

（6）實驗前要平衡摩擦力，砂與砂桶的質量應遠小于小車的質量，根據圖示圖象分析答題。

（1）本實驗目的是探究加速度與力、質量關系，用砂桶的重力代表小車受到的合外力，打點計時器可以測時間，不需要秒表，故A錯誤；

需要用天平測砂桶和小車的質量，故B正確；

打點計時器的工作電源為低壓交流電源（6V以下），工作頻率為50Hz，周期為0.02s，故C錯誤、D正確；

故選：BD。

（2）平衡摩擦力的方法是用重力沿斜面向下的分力來抵消摩擦力的作用，具體做法是：將小車輕紡（靜止）在長木板上，掛好紙帶（紙帶和打點計時器的限位孔之間有摩擦力）、不掛砂桶，將長木板靠近打點計時器的一端適當墊高，形成斜面，輕推小車，使小車做勻速運動（紙帶上兩點的距離相等）即可，故C正確、AB錯誤；

故選：C。

（3）砂桶和小車一起運動，根據牛頓第二定律，對砂桶：mg-F=ma，對小車：F=Ma，可得小車受到的拉力，本實驗用砂桶的重力代表小車受到的合外力（拉力），只有m＜＜M時，才有F≈mg，所以砂和砂桶的總質量m與小車和車上砝碼的總質量M之間應滿足的條件是m＜＜M；

（4）由△x=at2可知，小車的加速度為：

（5）反比例關系不容易根據圖象判定，而正比例關系容易根據圖象判定，故應該建立小車加速度a與小車質量的倒數關系圖象，故應選乙方案。

（6）圖象與橫軸相交，說明需要用拉力平衡摩擦力，即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠；由（3）可知，小車受到的拉力，當m＜＜M時，即砂桶總重力遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砂桶的總重力，小車的加速度a與拉力F成正比，如果砂和小桶的總質量太大，小車受到的拉力明顯小于砂桶重力，加速度與砂桶重力（小車受到的合力）不成正比，a-F圖象發生彎曲，不再是直線，故B正確；