Question

3．某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置探究“合外力一定時，物體運動的加速度與其質量之間的關系”．實驗中鉤碼重力大小與物體所受合外力大小視為相等．
（1）如圖乙所示，由20分度的游標卡尺測得遮光條的寬度d=1.020cm．
（2）實驗中可選擇的鉤碼有2個，它們的質量分別為m₁和m₂，且m₁＞m₂，你認為實驗中選擇m₂（選填“m₁”或“m₂”）較合適．
（3）實驗中可選擇的遮光條有2個，它們的寬度分別為d₁和d₂，且d₁＞d₂，你認為實驗中選擇d₂（選填“d₁”或“d₂”）較合適．
（4）該實驗小組又用此裝置探究了物體質量一定時，加速度與所受合外力的關系，在a-F坐標系中，畫出了如圖丙所示的三條曲線．你認為符合事實的曲線是③（從①②③三條曲線中選出一條，填序號）．曲線未過坐標原點的原因可能是氣墊導軌沒有調水平（或滑塊受到空氣阻力、繩與滑輪間存在摩擦力）．

Answer 1

分析 （1）游標卡尺主尺和副尺兩部分讀數組成，將主尺讀數和游標尺讀數相加即可，注意不需要估讀；
（2）根據實驗原理可知所掛鉤碼質量越小，其重力約和物體所受合外力相等；
（3）遮光條寬度越小，其通過光電門的平均速度約可以代替其瞬時速度；
（4）明確實驗原理，根據兩坐標軸所代表的物理量量的含義，結合數學知識可正確解答．

解答 解：（1）主尺讀數為1cm，游標尺上第4個刻度和主尺上某一刻度對齊，因此其讀數為：4×0.05=0.20mm=0.020cm，所以最終讀數為：1cm+0.020cm=1.020cm．
（2）設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：
F=Ma…①
對所掛鉤碼有：mg-F=ma…②
F=$\frac{mgM}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，由此可知當M＞＞時，鉤碼重力大約等于繩子的拉力，因此鉤碼質量越小實驗誤差越小，故選擇m₂更合適．
（3）該實驗中利用遮光條通過光電門的平均速度來代替其瞬時速度大小，遮光條越窄，其通過光電門的平均速度越能代替其瞬時速度，誤差越小，故選擇d₂．
（4）隨著所掛重物質量的增加，不再滿足鉤碼質量遠小于物體質量即不滿足m＜＜M的條件，圖象將發生彎曲，由于物體和砝碼的加速度不可能一直無限制的增大，其整體的最大加速度小于g，因此圖③符合事實；
根據圖象可知，當有外力時還沒有產生加速度，這說明可能是滑塊受到空氣阻力、繩與滑輪間的摩擦力，或者氣墊導軌沒有調水平，開始運動位置低于后來到達位置．
故答案為：（1）1.020；（2）m₂；（3）d₂；（4）③，氣墊導軌沒有調水平（或滑塊受到空氣阻力、繩與滑輪間存在摩擦力）．

點評 正確解決實驗問題的前提是理解其實驗原理，只要正確理解實驗原理，才能知道實驗所采取措施或所進行具體實驗操作的含義．