Question

實(shí)驗(yàn)題：
（1）在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時(shí)，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．
①當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足

m＜＜M

時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
②某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來(lái)做實(shí)驗(yàn)，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是

B

．
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D．用天平測(cè)出m以及小車質(zhì)量M，小車運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=

mg

M

求出
③另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖2和圖3所示，其原因分別是：
圖1：

小車質(zhì)量M沒(méi)有遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼的質(zhì)量m

；
圖2：

沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

．
（2）為較精確地測(cè)量一只微安表的內(nèi)阻，要求按照?qǐng)D4給出的電路進(jìn)行測(cè)量．實(shí)驗(yàn)室中可供選擇的器材如右表所示．實(shí)驗(yàn)中為了安全，電阻箱R的阻值不能取為零，只能為適當(dāng)大小的阻值．則：

器      材	規(guī)      格
待測(cè)微安表	量程200μA，內(nèi)阻約1kΩ
電阻箱R	阻值1Ω～9999Ω
滑動(dòng)變阻器R1′	阻值0～50Ω
滑動(dòng)變阻器R2′	阻值0～1kΩ
電源	電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)
電鍵一只、導(dǎo)線若干

①實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₁′

．
②將實(shí)物圖如圖5連成實(shí)驗(yàn)電路．      
③簡(jiǎn)述所需測(cè)量和記錄的物理量：

R₁、I₁；R₂、I₂

．
④用這些物理量表示內(nèi)阻的測(cè)量值：

r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

Answer 1

分析：（1）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要．
（2）在保證安全的前提下，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路圖；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定需要測(cè)量的物理量；由歐姆定律求出待測(cè)電流表阻值．

解答：解：（1）①該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．那么小車的合力怎么改變和測(cè)量呢？為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：對(duì)m：mg-F_拉=ma，對(duì)M：F_拉=Ma，解得：F_拉=

mMg

m+M

=

mg

1+ m M

；
當(dāng)M＞＞m時(shí)，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．
②A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，是小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤．
B、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故C錯(cuò)誤．
D、小車運(yùn)動(dòng)的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，如果用天平測(cè)出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式a=

mg

M

求出，這是在直接運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的，而我們實(shí)驗(yàn)是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系．故D錯(cuò)誤．
故選B．
③當(dāng)盤及盤中砝碼質(zhì)量較大時(shí)，a-F圖象發(fā)生彎曲，這是由于沒(méi)有保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼質(zhì)量造成的，如圖2所示．由圖3可知，圖線沒(méi)過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)F≠0時(shí)，a=0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上有拉力時(shí)小車的加速度還為0，說(shuō)明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢這是由于沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
（2）①兩個(gè)滑動(dòng)變阻器都能保證安全，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器R₁′．
②根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖如圖所示．
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路圖，把滑片移到最左端，把電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱阻值為R₁，移到滑動(dòng)變阻器滑片到合適位置，讀出毫安表示數(shù)I₁；保持滑動(dòng)變阻滑片位置不變，調(diào)整變阻箱阻值為R₂，讀出此時(shí)微安表示數(shù)I₂；
④滑動(dòng)變阻器阻值很小，電阻箱阻值很大，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)為分壓電路電壓不變，設(shè)為U，則U=I₁（r+R₁），U=I₂（r+R₂），
解得：r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．
故答案是：（1）m＜＜M；（2）B；（3）小車質(zhì)量M沒(méi)有遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼的質(zhì)量m；沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．（2）①R₁′；②電路圖如圖所示；③R₁、I₁；R₂、I₂；④r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

點(diǎn)評(píng)：（1）教科書本上的實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
（2）本實(shí)驗(yàn)采用等效替代的方法來(lái)測(cè)量微安表內(nèi)阻，要控制條件：第一次滑動(dòng)變阻器R′，調(diào)整電阻箱R為零．而第二次變阻器不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱．