Question

20．在研究加速度和力的关系实验中，可用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机3）实验装进行实验研究（如图甲所示）

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持小车的质量不变，实验时，调节轨道高度平衡小车运动的摩擦力，当满足小车总质量远大于钩码总质量条件时，可用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用DIS测小车的加速度．
（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图乙所示）
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比．
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的方要原因是所挂钩码的总质量太大．

Answer 1

分析 （1）探究加速度与力的关系，应控制小车的质量保持不变，平衡摩擦力后，满足小车总质量远大于钩码总质量时，可以用钩码的重力作为小车受到的合力；
（2）①控制实验所控制的变量，分析图象，根据图象特点得出实验结论；
②根据实验注意事项分析图象偏离直线的原因．

解答 解：（1）探究加速度与力的关系，应保持小车的质量不变，
以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力m_钩码g，
由牛顿第二定律得：m_钩码g=（m_小车+m_钩码）a，小车的加速度a=$\frac{{m}_{钩码}g}{{m}_{小车}+{m}_{钩码}}$，
小车受到的拉力F=m_小车a=$\frac{{{m}_{小车}m}_{钩码}g}{{m}_{小车}+{m}_{钩码}}$，当m_钩码＜＜m_小车时，
可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，
（2）①由图象OA段可知，a与F成正比，即：在小车质量一定时，加速度a与小车受到的合力F成正比，
②根据（1）可知，当m_钩码＜＜m_小车时，可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，如果钩码的质量太大，
则小车受到的合力小于钩码的重力，实验误差较大，a-F图象偏离直线．
故答案为：（1）小车的总质量；小车总质量远大于钩码总质量；小车受到的合力；
（2）①在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比；  ②所挂钩码的总质量太大

点评 本题考查了控制变量法的应用、实验数据处理、实验误差分析，实验误差分析是本题的难点；应知道当砝码质量远小于小车质量时，可以认为小车受到的拉力等于钩码重力．