Question

在“探究加速度与力、质量的关系”的实验时

（1）我们已经知道，物体的加速度（a）同时跟合外力（F）和质量（m）两个因素有关．要研究这三个物理量之间的定量关系的基本思路是
（2）某同学的实验方案如图所示，她想用砂和砂桶的重力表示小车受到的合外力，为了减少这种做法而带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：
a．______；b．______．
（3）该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：
A、利用公式a=计算；
B、根据a=利用逐差法计算．
两种方案中，你认为选择方案______比较合理．
（4）下表是该同学在探究“保持m不变，a与F的关系”时记录的一组实验数据，请你根据表格中的数据在下面的坐标系中做出a-F图象；
（ 小车质量：M=0.500kg，g=10m/s² ）
（5）针对该同学的实验设计、实验操作、数据采集与处理，就其中的某一环节，提出一条你有别于该同学的设计或处理方法：______．

Answer 1

解：（1）我们已经知道，物体的加速度（a）同时跟合外力（F）和质量（m）两个因素有关．要研究这三个物理量之间的定量关系的基本思路是运用控制变量法，即先保持m不变，研究a与F的关系；再保持F不变，研究a与m的关系；
（2）某同学的实验方案如图2所示，她想用砂和砂桶的重力表示小车受到的合外力，由于保持F不变，研究a与M的关系．则当质量发生改变时，若没有平衡摩擦力，则砂桶的重力就不再是小车所受的合力，所以必须平衡摩擦力．由于小车的加速运动，出现加速度，所以导致砂桶的重力大于拉小车的细线的拉力．当砂桶的质量远小于小车的质量时，砂桶的重力接近拉小车的细线的拉力．为了减少这种做法而带来的实验误差，在实验中还应该采取的两项措施是：
a．把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力；b．砂和桶的质量远小于小车质量；
（3）由于做匀变速直线的物体在相等的时间内位移总是相等．所以可借助于a=利用逐差法计算加速度大小．故选B．
另一种方案不合理的理由是a方案必须要从初速度为零开始研究．
（4）在坐标系中做出a-F图象：
（5）针对该同学的实验设计、实验操作、数据采集与处理，就其中的某一环节，有别于该同学的设计或处理方法：
①采用气垫导轨以减小摩擦力；
②利用“光电门”和计算机连接直接得到加速度，
③利用v-t图象计算加速度；
④用弹簧秤测量砂和桶的重力；
⑤用力和加速度的比值是否不变来处理数据，等等．
故答案为：（1）先保持m不变，研究a与F的关系；再保持F不变，研究a与m的关系；
（2）a．把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力；
b．砂和桶的质量远小于小车质量；
（3）B；
（4）如图所示．

（5）
①采用气垫导轨以减小摩擦力；
②利用“光电门”和计算机连接直接得到加速度，
③利用v-t图象计算加速度；
④用弹簧秤测量砂和桶的重力；
⑤用力和加速度的比值是否不变来处理数据，等等．
分析：当一个量与多个量有关系时，则可控制某些量不变，去研究另两个量的关系；再去改变让其它量不变，则再去研究剩余的两个量关系，例如：先保持M不变，研究a与F的关系；再保持F不变，研究a与M的关系．
在实验中，为了减少这种做法而带来的实验误差，一要排除摩擦力的影响，二要砂桶的重力接近小车所受的合力．
由于做匀变速直线的物体在相等的时间内位移总是相等．所以可借助于a=利用逐差法计算加速度大小．
点评：由牛顿第二可得，当小车的质量远大于砂桶的质量时，砂桶的重力就约等于小车的合力．
由加速度与合力的图象可知，斜率的大小表示物体的质量大小，若图线与纵轴有交点时，则说明摩擦力没有平衡或没有平衡彻底；若图线与横轴有交点时，则说明摩擦力平衡过度．