Question

4．“探究物體質量不變時，加速度與物體受力的關系”的實驗裝置如圖甲所示．
①除實驗裝置圖甲中顯示的實驗器材外，還缺少哪些器材；
②在平衡小車與木板之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示．計時器打點的時間間隔為0.02s．從比較清晰的點起，每5個點取一個計數點，量出相鄰計數點之間的距離．該小車的加速度a=0.16m/s²．（結果保留2位有效數字）
③平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．將砝碼盤中砝碼總重力mg視為合外力F，本次實驗中，砝碼盤中的砝碼取自小車中，故系統的總質量不變．根據實驗數據，并作出a-F圖象，如圖丙．請問：經檢驗該同學“平衡摩擦力”做得很精確，但作出的a-F圖線仍不通過原點，主要原因是平衡摩擦力過度；本次實驗中，是否應該滿足M?m這樣的條件？是（M表示小車總質量，m表示砝碼及砝碼盤重物總質量）（填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 ①打點計時器需要交流電源，處理實驗數據時需要用刻度尺測距離；
②應用勻變速直線運動的推論可以求出加速度；
③實驗前要平衡摩擦力，如果平衡摩擦力過度會使小車受到的合力大于繩子的拉力，在a-F圖象的縱軸上有截距；實驗過程要控制小車質量遠大于砝碼質量．

解答 解：①除圖示實驗器材外實驗還需要：交流電源、刻度尺；
②每5個點取一個計數點，計數點間的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速直線運動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0383-0.0352}{2×0．{1}^{2}}$≈0.16m/s²．
③由圖示a-F圖象可知，圖象在a軸上有截距，這說明小車受到的合力大于繩子的拉力，
這是由于平衡摩擦力過度造成的；實驗過程要控制小車質量遠大于鉤碼與鉤碼盤的質量之和，
只有這樣小車受到的拉力才近似等于鉤碼與鉤碼盤的重力之和；
故答案為：①交流電源、刻度尺；②0.16；③平衡摩擦力過度；是．

點評 本題考查了實驗器材、實驗數據處理、實驗注意事項、實驗誤差分析，是實驗的常考問題，一定要掌握；實驗前需要平衡摩擦力，使小車在木板上恰好做勻速直線運動．