Question

10．在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学将实验器材组装后，如图1所示为释放小车前瞬间的情景．
（1）在接通电源进行实验之前，请你指出图1中的错误或不妥之处（写出两处即可）：没有平衡摩擦力，使用直流电源．

（2）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图2所示．已知打点计时器所用电源的频率为50Hz．求：
①从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离s₁=0.70cm；
②该小车的加速度a=0.2m/s²．
（3）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砂桶，然后每次从小车上取一个砝码添加到砂桶中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砂桶中砝码总重力F的实验数据如下表：

砂桶中砝码总重力F（N）	0.196	0.392	0.588	0.784	0.980
加速度a（m•s-2）	0.69	1.18	1.66	2.18	2.70

①请根据该组实验数据在答卷的坐标纸作出a-F的关系图象；
②根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点的主要原因是平衡摩擦力过大．

Answer 1

分析 （1）电磁打点计时器是利用4～6v的交流电源，电火花计时器是利用220v交流电源；释放前小车应紧靠打点计时器；实验前要首先平衡摩擦力．
（2）根据图示刻度尺读出其示数；利用逐差法根据△x=at²可求物体的加速度．
（3）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点；
（4）根据图象的性质进行分析，再根据实验原理即可明确不过原点的基本原因．

解答 解：（1）由图示实验装置考查，实验前没有破坏摩擦力；打点计时器使用交流电源，不能使用直流电源；为了尽可能的利用纸带在释放前小车应紧靠打点计时器；
（2）①由图示刻度尺可知，其分度值为1mm，s₁=1.70cm-1.00cm=0.70cm；
②每5个点取一个计数点，计数点间的时间间隔：t=0.02×5=0.1s，
由图示刻度尺可知：s₁=0.70cm=0.0070m，s₃=3.70cm-2.60cm=1.10cm=0.0110m，
由匀变速直线运动的推论△x=at²可知，加速度为：a=$\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0110-0.0070}{2×0．{1}^{2}}$=0.2m/s²；
（3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示：

（4）由图示图象可知，a-F图线在a轴上有截距，即当所加外力为零时，小车已有加速度，小车受到的合力大于拉力，这可能是由于平衡摩擦力过大造成的．
故答案为：（1）没有破坏摩擦力，使用直流电源；（2）①0.70；②0.2；（3）图象如图所示；（4）平衡摩擦力过大．

点评 本题考查探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验，对于实验问题需要结合物理规律去解决．处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解．