Question

11．用如圖1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：BCD．（多選）
A．秒表     　　　　　　　　　　B．天平（附砝碼）
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C．
A．小車放在木板上，把木板一端墊高，調節(jié)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(jié)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(jié)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M＞＞m．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．
④實驗中需要計算小車的加速度．如圖2所示，A、B、C為三個相鄰的計數點，若相鄰計數點之間的時間間隔為T，A、B間的距離為x₁，B、C間的距離為x₂，則小車的加速度a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$．已知T=0.10s，x₁=5.90cm，x₂=6.46cm，則a=0.56m/s²（結果保留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的圖象，如圖3（甲），然后由圖象直接得出a與M成反比．乙同學認為應該繼續(xù)驗證a與其質量倒數$\frac{1}{M}$是否成正比，并作出小車加速度a與其質量倒數$\frac{1}{M}$的圖象，如圖3（乙）所示．你認為同學乙（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圖象，如圖4所示．發(fā)現(xiàn)圖象既不過原點，末端又發(fā)生了彎曲，可能原因是C．
A．沒有平衡摩擦力，且小車質量較大
B．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
C．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
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

分析 ①根據實驗原理與實驗器材分析答題；
②實驗前要把木板的一端墊高以平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力；
③當小車質量遠大于砂與砂桶質量時可以近似認為小車受到的拉力等于砂與砂桶的重力；
④應用勻變速直線運動的推論：△x=at²可以求出加速度；
⑤為方便實驗數據處理，作出的圖象應為直線，根據題意應用牛頓第二定律分析答題；
⑥實驗前要平衡摩擦力，砂與砂桶的質量應遠小于小車的質量，根據圖示圖象分析答題．

解答 解：①實驗過程需要測出小車質量、砂與砂桶質量，因此實驗炫耀天平，處理實驗數據時需要測出計數點間的距離，實驗需要毫米刻度尺，電磁打點計時器需要使用低壓交流電源，故選BCD；
②實驗前要平衡摩擦力，平衡摩擦力時要把小車放在木板上，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(jié)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，故選C；
③當小車質量遠大于砂與砂桶質量時可以近似認為小車受到的拉力等于砂和砂桶所受的重力，因此實驗需要滿足的條件是：M＞＞m．
④由△x=at²可知，小車的加速度為：：a=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$=$\frac{0.0646-0.0590}{0．{1}^{2}}$=0.56m/s²．
⑤由牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{M}$=$\frac{1}{M}$F，由此可知：a與$\frac{1}{M}$成正比，為方便實驗數據處理，應作出a-$\frac{1}{M}$圖象，因此同學乙的方案更合理；
⑥由圖示圖象可知，圖象沒有過原點，當拉力大到一定值時才產生加速度，這是由于實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足即木板傾角過小造成的；由圖示圖象可知，當F較大時圖象發(fā)生彎曲，這是由于砂與砂桶質量過大造成的，故C正確，故選C．
故答案為：①BCD；②C；③M＞＞m；④$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$；0.56；⑤乙；⑥C．

點評 本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數據處理、實驗誤差分析等問題；要掌握實驗原理、實驗器材與實驗注意事項、實驗數據的處理方法；常常應用圖象法處理實驗數據，應用圖象法處理實驗數據時為方便實驗數據處理，要選擇合適的物理量使作出的圖象為直線．