Question

实验题：
（1）在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如图1所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示．
①当M与m的大小关系满足

m＜＜M

时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力．
②某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是

B

．
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a=

mg

M

求出
③另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a-F关系图象分别如图2和图3所示，其原因分别是：
图1：

小车质量M没有远大于盘及盘中砝码的质量m

；
图2：

没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

．
（2）为较精确地测量一只微安表的内阻，要求按照图4给出的电路进行测量．实验室中可供选择的器材如右表所示．实验中为了安全，电阻箱R的阻值不能取为零，只能为适当大小的阻值．则：

器      材	规      格
待测微安表	量程200μA，内阻约1kΩ
电阻箱R	阻值1Ω～9999Ω
滑动变阻器R1′	阻值0～50Ω
滑动变阻器R2′	阻值0～1kΩ
电源	电动势6V，内阻不计
电键一只、导线若干

①实验中滑动变阻器应选用

R₁′

．
②将实物图如图5连成实验电路．      
③简述所需测量和记录的物理量：

R₁、I₁；R₂、I₂

．
④用这些物理量表示内阻的测量值：

r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

Answer 1

分析：（1）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．
该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要．
（2）在保证安全的前提下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器；
根据实验电路图连接实物电路图；根据实验原理确定需要测量的物理量；由欧姆定律求出待测电流表阻值．

解答：解：（1）①该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究．当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系．那么小车的合力怎么改变和测量呢？为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板D的左端适当垫高，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．
根据牛顿第二定律得：对m：mg-F_拉=ma，对M：F_拉=Ma，解得：F_拉=

mMg

m+M

=

mg

1+ m M

；
当M＞＞m时，即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．
②A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故A错误．
B、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B正确．
C、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．故C错误．
D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a=

mg

M

求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系．故D错误．
故选B．
③当盘及盘中砝码质量较大时，a-F图象发生弯曲，这是由于没有保证小车质量远大于盘及盘中砝码质量造成的，如图2所示．由图3可知，图线没过原点，当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢这是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
（2）①两个滑动变阻器都能保证安全，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器R₁′．
②根据电路图连接实物电路图如图所示．
③根据实验电路图连接实物电路图，把滑片移到最左端，把电阻箱阻值调到最大，闭合开关，调整电阻箱阻值为R₁，移到滑动变阻器滑片到合适位置，读出毫安表示数I₁；保持滑动变阻滑片位置不变，调整变阻箱阻值为R₂，读出此时微安表示数I₂；
④滑动变阻器阻值很小，电阻箱阻值很大，在实验过程中认为分压电路电压不变，设为U，则U=I₁（r+R₁），U=I₂（r+R₂），
解得：r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．
故答案是：（1）m＜＜M；（2）B；（3）小车质量M没有远大于盘及盘中砝码的质量m；没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．（2）①R₁′；②电路图如图所示；③R₁、I₁；R₂、I₂；④r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

点评：（1）教科书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
（2）本实验采用等效替代的方法来测量微安表内阻，要控制条件：第一次滑动变阻器R′，调整电阻箱R为零．而第二次变阻器不动，调节电阻箱．