Question

3．某同学设计了一个探究加速度与物体所受合外力F及质量M的关系实验．图为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶（总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板．
（1）下列做法正确的是AD（填字母代号）．
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B．在调节长木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．为使沙桶及桶内沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，应满足的条件是沙桶及桶内沙的总质量远大于小车和小车上砝码的总质量．
D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
E．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
F．在这个实验中，为了探究两个物理量之间的关系，要保持第三个物理量不变，这种探究方法叫做等效法
（2）若保持砂和砂桶质量m不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M及对应的1/M数据如下表所示．

次数	1	2	3	4	5
小车加速度a/（m•s-2）	1.98	1.48	1.00	0.67	0.50
小车质量M/kg	0.25	0.33	0.50	0.75	1.00
质量倒数1/M/kg-1	4.00	3.00	2.00	1.33	1.00

根据表中数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图所示的方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线．从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是a与M成反比．
（3）某同学在探究a与F的关系时，把砂和砂桶的总重力当作小车的合外力F，作出a-F图线如图所示，试分析图线不过原点的原因是平衡摩擦力时木板倾角太大，图线上部弯曲的原因是没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量M．

Answer 1

分析 （1）实验要保证拉力等于小车受力的合力，要平衡摩擦力，细线与长木板平行，平衡摩擦力后，有mgsinθ=μmgcosθ，即μ=tanθ，与质量无关，则不需要从新平衡摩擦力，实验时，先接通电源后放开小车；
（2）为研究a与m的关系，作a与$\frac{1}{M}$的关系图线，注意选取好标度．根据图象运用数学知识求出物理量的关系；
（3）实验中变量比较多，因此采用“控制变量法”进行，在具体操作中要求正确平衡摩擦力，小车质量M远大于砂和砂桶的质量，否则将产生较大误差．

解答 解：（1）A、调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；
B、在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂“重物”，故B错误；  
C、为使沙桶及桶内沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，应满足的条件是沙桶及桶内沙的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量，故C错误；
D、平衡摩擦力后，有mgsinθ=μmgcosθ，即μ=tanθ，与质量无关，故通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故D正确；
E、打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器，故E错误；
F、为了探究两个物理量之间的关系，要保持第三个物理量不变，这种探究方法叫做控制变量法，故F错误；
故选：AD
（2）根据表格数据，通过描点，作出图线，如下图所示．
根据图象可知，a与$\frac{1}{M}$成正比，即F不变时，小车加速度a与质量M成反比，
（3）图中当F=0时，a≠0．也就是说当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，说明小车的摩擦力小于重力的分力，所以原因是实验前木板右端垫得过高，即平衡摩擦力过度导致．随着外力F的增大，砂和砂桶的质量越来越大，最后出现了不满足远小于小车质量的情况，因此图线出现了偏折现象
故答案为：（1）AD；（2）如图所示；a与M成反比；（3）平衡摩擦力时木板倾角太大；没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量M．

点评 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．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚．直观反映两个物理量的关系是要找出这两个量的线性关系，即画出直线图象．