Question

13．某同學設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗．圖（a）為實驗裝置簡圖，A為小車，B為某種打點計時器，C為裝有細砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于細砂和小桶的總重量，小車運動的加速度a可用紙帶上打出的點求得．

（1）圖（b）為實驗中所用打點計時器的學生電源．由學生電源可以判斷該同學選用的是圖（c）中的乙（填“甲”或“乙”）計時器．
上述圖（b）的安裝中存在的錯誤有：①接線柱應(yīng)接在交流電上②電壓應(yīng)選擇6V檔．
（2）在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，保持細砂和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量m的數(shù)據(jù)．在分析處理時，該組同學存在兩種方案；甲同學認為應(yīng)該根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖象；乙同學認為應(yīng)該根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量倒數(shù)$\frac{1}{m}$的圖象．兩位同學都按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注，但尚未完成圖象（如圖d所示）．你認為同學乙（填“甲”、“乙”）的方案更合理．請繼續(xù)幫助該同學作出坐標中的圖象．

（3）在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中細砂的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖（e），該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因．答：該同學未平衡（或未完全平衡）摩擦力．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)打點計時器的工作電壓進行選擇；
（2）為研究a與m的關(guān)系，作a與$\frac{1}{m}$的關(guān)系關(guān)系圖線，注意選取好標度．
（3）圖線不通過坐標原點，當F為某一值時，加速度為零，知平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）圖（b）為實驗中所用打點計時器的學生電源．由學生電源可以判斷該同學選用的是圖（c）中的乙打點計時器．
上述圖（b）的安裝中存在的錯誤有：①接線柱應(yīng)接在交流電上②電壓應(yīng)選擇6V檔．
（2）由牛頓第二定律F=ma可知當合力F不變時m與a成反比，在a-m圖象中應(yīng)該是雙曲線，但是實驗得出的各組數(shù)據(jù)是不是落在同一條雙曲線上是不好判斷的，
但是a-$\frac{1}{m}$的關(guān)系是正比例函數(shù)，此時各組數(shù)據(jù)是不是落在同一條直線上是非常容易觀察的，
所以乙同學的方案更合理．實驗得出的各組數(shù)據(jù)應(yīng)該大體上落在同一條直線上，如圖所示；
（3）從圖象可以看出當有了一定的拉力F時，小車的加速度仍然是零，小車沒動說明小車的合力仍然是零，即小車還受到摩擦力的作用，說明摩擦力還沒有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的還不夠，沒有完全平衡掉摩擦力，
所以圖線不通過坐標原點的原因是實驗前該同學未平衡（或未完全平衡）摩擦力．
故答案為：
（1）乙、接線柱應(yīng)接在交流電上、電壓應(yīng)選擇6V檔；
（2）乙、如圖所示；
（3）該同學未平衡（或未完全平衡）摩擦力．

點評 本題考查了打點計時器的應(yīng)用及打出的紙帶的處理方法，有利于學生基本知識的掌握，同時也考查了學生對實驗數(shù)據(jù)的處理方法，及試驗條件的掌握，平衡摩擦力的方法．