Question

某實驗小組設(shè)計了如圖（a）所示的實驗裝置，用鉤碼所受重力作為小車所受的拉力，用DIS測小車的加速度．通過改變鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量，可得小車質(zhì)量一定時運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖（b）所示．

（1）圖線

①

是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的；（選填“①”或“②”）
（2）隨著鉤碼的數(shù)量增大到一定程度時圖（b）中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，為消除此誤差可采取的簡便且有效的措施是

C

A．調(diào)整軌道的傾角，在未掛鉤碼時使小車能在軌道上長時間緩慢運動（即將小車與傳感器發(fā)射部分的重力沿軌道方向的分力恰與其所受摩擦力平衡）
B．在增加鉤碼數(shù)量進行實驗的同時在小車上增加砝碼，使鉤碼的總質(zhì)量始終遠小于小車與傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量
C．在鉤碼與細繩之間放置一力傳感器，直接得到小車運動的加速度a和力傳感器讀數(shù)F的關(guān)系圖象
D．更換實驗中使用的鉤碼規(guī)格，采用質(zhì)量較小的鉤碼進行上述實驗
（3）根據(jù)圖（b）可知小車和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量為

0.5

kg；小車在水平軌道上運動時受到的摩擦力大小為

1

N．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖象①可知，當拉力為零時，物體已經(jīng)具有加速度，②圖象，有拉力時，加速度為零，由此可知，一個是由于木板傾斜的太厲害，一個沒有傾斜或者傾斜的角度太小．
（2）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和操作細節(jié)，理解該實驗的實驗原理和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，知道實驗誤差的來源．
（3）根據(jù)a-F圖象的特點結(jié)合牛頓第二定律求解，明確圖象斜率的含義．

解答：解：（1）由圖象可知，當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高．所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的．
（2）隨著鉤碼的數(shù)量增大到一定程度時圖（b）的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，不再滿足小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量，因此我們再把用鉤碼所受重力作為小車所受的拉力，會導致大的誤差，因此有：
A、平衡摩擦力時，重力沿軌道方向的分力恰與其所受摩擦力平衡，即mgsinθ=μmgcosθ，與小車質(zhì)量無關(guān)，因此不需要重新平衡摩擦力，故A錯誤；
B、該實驗采用控制變量法，應(yīng)該保持小車質(zhì)量不變，故B錯誤；
C、不再滿足小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量，不能再用鉤碼所受重力作為小車所受的拉力，所以消除此誤差可采取的簡便且有效的措施應(yīng)該測量出小車所受的拉力，即在鉤碼與細繩之間放置一力傳感器，得到力F的數(shù)值，在作出小車運動的加速度a和力傳感器讀數(shù)F的關(guān)系圖象，故選C；
D、采用質(zhì)量小的鉤碼進行實驗時，隨著鉤碼個數(shù)的增加，最后仍然會出現(xiàn)圖線明顯偏離直線的情況，故D錯誤．
（3）根據(jù)F=ma得a-F圖象的斜率k=

1

m

，
由a-F圖象得圖象斜率k=2，所以m=0.5kg．
由a-F圖象②得，當F=1N時，物體即將要滑動，此時有F=f，因此滑動摩擦力等于1N．
故答案為：（1）①，（2）C，（3）0.5，1．

點評：對于實驗我們要明確實驗原理、具體實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等，同時要清楚每一項操作存在的理由，只有掌握好了基本知識和基本方法才能順利解決實驗題目，所以要重視基本知識和基本方法的學習和訓練．