Question

如图所示是某同学设计的“探究加速度a与物体所受合力F及质量m间关系”的实验．图（a）为实验装置简图，A

如图所示是某同学设计的“探究加速度a与物体所受合力F及质量m间关系”的实验．图（a）为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砂和砂桶总重力，小车运动加速度a可由纸带求得．（交流电的频率为50Hz）（1）图（b）为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，由图中数据求出小车加速度值为______m/s2；（保留三位有效数字）（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的1m数据如表中所示，根据表中数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系并作出图线______；从图线中得到F不变时小车加速度a与质量m间定量关系是a=12m．a=12m．； 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a/m?s-2 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 1m(kg?1) 4.00 3.50 3.00 2.5 2.00 1.40 1.00 0.60（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图（d），该图线不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是______；（4）若实验中将小车换成滑块，将木板水平放置可测出滑块与木板间的动摩擦因数μ．要测出动摩擦因数μ，需要测量的物理量有；实验测得的动摩擦因数μ比真实值______（填“偏大”或“偏小”）．





Answer 1

（1）相邻计数点之间还有4个点未画出，说明相邻的两个计数点时间间隔为0.1s
运用匀变速直线运动的公式△x=at²
a=

△x

T2

=0.510m/s²；
（2）根据F=ma可得a=

F

m

，即在合外力F一定的情况，小车的加速度与小车的质量成反比即小车的加速度与小车的质量的倒数成正比，但反比例关系不容易根据图象判定，而正比例关系容易根据图象判定，故应该建立小车加速度（a）与小车质量的倒数（

1

m

）关系图象．

从图线中得到F不变时小车加速度a与质量m间定量关系是a=

1

2m

．
（3）根据图象你会发现直线没过原点，当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢．也就是实验前未平衡摩擦力．
（4）设滑块的质量为M，砂和砂桶的质量为m，根据牛顿第二定律得：
对m：mg-F_拉=ma
对M：F_拉-μMg=Ma
解得：μ=

mg?(m+M)a

Mg

而实验测得的动摩擦因数μ′=

mg?Ma

Mg

需要测量的物理量有：砂和砂桶质量m、木块的质量M、以及对应的加速度a．
所以验测得的动摩擦因数μ比真实值偏大．
故答案为：（1）0.510
（2）如上图所示
a=

1

2m

．
（3）实验前未平衡摩擦力
（4）砂和砂桶质量、木块的质量、以及对应的加速度；偏大