Question

【題目】用如圖所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質量關系”的實驗：

（1）下面列出了一些實驗器材：電磁打點計時器、紙帶、帶滑輪的長木板、墊塊、小車和砝碼、砂和砂桶。除以上器材外，還需要的實驗器材有：__________。（多選）

A．天平（附砝碼） B．秒表

C．刻度尺（最小刻度為mm） D．低壓交流電源

（2）實驗中，需要平衡小車和紙帶運動過程中所受的阻力，正確的做法是 。

A．小車放在木板上，把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時沿木板做勻速直線運動。

B．小車放在木板上，掛上砂桶，把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在砂桶的作用下沿木板做勻速直線運動。

C．小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。把木板一端墊高，調節木板的傾斜程度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動。

（3）實驗中，為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，砂和砂桶的總質量m與小車和車上砝碼的總質量M之間應滿足的條件是____ _____。這樣，在改變小車上砝碼的質量時，只要砂和砂桶質量不變，就可以認為小車所受拉力幾乎不變。（1分）

（4）如圖為某次實驗紙帶，在相鄰兩計數點間都有四個打點未畫出，用刻度尺測得：S1＝0．55 cm，S2＝0．94 cm，S3＝1．35 cm，S4＝1．76 cm，S5＝2．15 cm，S6＝2．54 cm。

①相鄰兩計數點間的時間間隔為____________ s；

②計數點“6”和“7”的位移S7比較接近于____________（填“A、B、C、D”序號）

A．2．76 cm B．2．85 cm C．2．96 cm D．3．03 cm

③打下“3”點時小車的瞬時速度v3=_ __ m/s；小車的加速度a＝__ ___ m/s2。（計算結果均保留2位有效數字）

（5）某小組在研究“外力一定時，加速度與質量的關系”時，保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量M，分別記錄小車加速度a與其質量M的數據。在分析處理數據時，該組同學產生分歧：甲同學認為根據實驗數據可以作出小車加速度a與其質量M的圖像，如圖（甲），然后由圖像直接得出a與M成反比。乙同學認為應該繼續驗證a與其質量倒數1/M是否成正比，并作出小車加速度a與其質量倒數1/M的圖像，如圖（乙）所示。你認為 同學（選填“甲”或“乙”）的方案更合理。

（6）另一小組在研究“小車質量一定時，加速度與質量的關系”時，用改變砂的質量的辦法來改變對小車的作用力F，然后根據測得的數據作出a－F圖像，如圖所示。發現圖像既不過原點，末端又發生了彎曲，可能原因是________。

A．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過大，且砂和砂桶的質量較大

B．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過小，且砂和砂桶的質量較大

C．沒有平衡摩擦力，且小車質量較大

D．平衡摩擦力時，木板的傾斜角度過小，且小車質量較大

Answer 1

【答案】（1）ACD；（2）C；（3）m<<M；（4）①0．1；② C ；③0．16；0．40；（5）乙；（6）B。

【解析】試題分析：（1）本實驗的目的是探究加速度與力、質量關系，用砂桶的重力代表小車受到的合外力，需要用天平測砂桶和小車的質量，故選A項；打點計時器的工作電源為低壓交流電源（4—6V），工作頻率為50Hz，周期為0．02s，可以計時，不需要秒表，故選D項、不選B項；打點計時器打下紙帶，需用刻度尺測量距離，以求加速度和瞬時速度，故選C項。

（2）平衡摩擦力的方法是用重力沿斜面向下的分力來抵消摩擦力的作用，具體做法是：將小車輕放（靜止）在長木板上，掛好紙帶（紙帶和打點計時器的限位孔之間有摩擦力）、不掛砂桶，將長木板靠近打點計時器的一端適當墊高，形成斜面，輕推小車，使小車做勻速運動（紙帶上兩點間距離相等）即可，故C正確。

（3）砂桶和小車一起運動，根據牛頓第二定律，對砂桶：，對小車：，可得小車受到的拉力，加速度，本實驗用砂桶的重力代表小車受到的合外力（拉力），由可知，，只有時，才有，所以砂和砂桶的總質量m與小車和車上砝碼的總質量M之間應滿足的條件是。

（4）①打點計時器的工作周期為T0=0．02s，相鄰兩計數點間都有四個打點未畫出，所以兩計數點之間的時間間隔為T=5T0=0．1s。根據勻變速直線運動的規律，可知：，比較接近于2．96cm，故選C項。

（5）反比例關系不容易根據圖象判定，而正比例關系容易根據圖象判定，故應該建立小車加速度a與小車質量的倒數關系圖象，故應選乙方案。

（6）圖象與橫軸相交，說明需要用拉力平衡摩擦力，即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠；由（3）可知，小車受到的拉力，當m＜＜M時，即砂桶總重力遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砂桶的總重力，小車的加速度a與拉力F成正比，如果砂和小桶的總質量太大，小車受到的拉力明顯小于砂桶重力，加速度與砂桶重力（小車受到的合力）不成正比，a—F圖象發生彎曲，不再是直線，故B正確。