Question

20．在研究“物体加速度与力的关系”的实验中．某小组同学将一端装有定滑轮的平板放置在水平桌面上，组装好的实验器材如甲图所示（设当地重力加速度为g）．
①实验时，小组同学先用游标卡尺测得遮光片的宽度如图乙所示，其读数为0.550cm．
②接着，他们利用甲图实验装置便开始实验：保持小车质量不变，多次改变砂桶与砂的总重F．测得加速度a和力F的数据．你认为他们实验中疏漏的一个重要步骤是：没有倾斜轨道平衡摩擦力．
③纠正疏漏后正确进行实验，依据多次实验得到的a、F数据描出的点如图丙所示，发现右侧若干个点明显偏离直线．造成此误差的主要原因是C．（填选项前的字母）
A．木板倾斜不够          B．木板倾斜过度    C．砂桶与砂的总重太大    D．所用小车的质量太大
④若不断增加桶中砂的质量，丙图各点连成的a-F图象的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为g．

Answer 1

分析 （1）掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读；
（2）应明确在平衡摩擦力的前提下，绳子拉力才等于小车受到的合力；
（3）应明确在满足砂和砂桶质量远小于小车质量的前提下，描出的图象才是倾斜直线，否则就是曲线；
（4）根据牛顿第二定律写出小车加速度的表达式，然后再讨论即可．

解答 解：（1）游标卡尺的主尺读数为：0.5cm，游标尺上第9刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为10×0.05mm=0.50mm=0.050cm，
所以最终读数为：0.5cm+0.050cm=0.550cm．
（2）由实验原理可知，实验前没有平衡摩擦力，所以该实验中的一个明显疏漏是没有倾斜轨道平衡摩擦力；
（3）根据实验原理可知，在满足砂和砂桶质量远小于小车质量的前提下，绳子拉力才近似等于砂和砂桶的重力，画出的a-F图象应是一条倾斜直线，若图象是曲线说明砂和砂桶的质量太大，所以应选择C；
（4）对小车和砂桶整体分析应有：a=$\frac{mg}{M+m}$，变形为a=$\frac{1}{1+\frac{M}{m}}g$，
可见当m→∝时，a=g，即若不断增加砂和砂桶的质量，应有a=g，即小车的加速度的趋向值为g．
故答案为：（1）0.550；（2）没有倾斜轨道平衡摩擦力；（3）C；（4）g

点评 “研究加速度与力的关系”实验应明确：①在正确平衡摩擦力的前提下，绳子拉力才等于小车受到的合力；②在满足砂和砂桶质量远小于小车质量的前提下，描出的a-F图象才是倾斜直线．