Question

實驗題：
（1）在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質量M間的關系時，采用如圖1所示的實驗裝置．小車及車中的砝碼質量用M表示，盤及盤中的砝碼質量用m表示．
①當M與m的大小關系滿足

m＜＜M

時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
②某一組同學先保持盤及盤中的砝碼質量m一定來做實驗，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，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力
C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源
D．用天平測出m以及小車質量M，小車運動的加速度可直接用公式a=

mg

M

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

小車質量M沒有遠大于盤及盤中砝碼的質量m

；
圖2：

沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

．
（2）為較精確地測量一只微安表的內阻，要求按照圖4給出的電路進行測量．實驗室中可供選擇的器材如右表所示．實驗中為了安全，電阻箱R的阻值不能取為零，只能為適當大小的阻值．則：

器      材	規      格
待測微安表	量程200μA，內阻約1kΩ
電阻箱R	阻值1Ω～9999Ω
滑動變阻器R1′	阻值0～50Ω
滑動變阻器R2′	阻值0～1kΩ
電源	電動勢6V，內阻不計
電鍵一只、導線若干

①實驗中滑動變阻器應選用

R₁′

．
②將實物圖如圖5連成實驗電路．      
③簡述所需測量和記錄的物理量：

R₁、I₁；R₂、I₂

．
④用這些物理量表示內阻的測量值：

r=

I2R2-I1R1

I1-I2

．

Answer 1

分析：（1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數據處理以及注意事項．
該實驗采用的是控制變量法研究，其中加速度、質量、合力三者的測量很重要．
（2）在保證安全的前提下，為方便實驗操作，應選最大阻值較小的滑動變阻器；
根據實驗電路圖連接實物電路圖；根據實驗原理確定需要測量的物理量；由歐姆定律求出待測電流表阻值．

解答：解：（1）①該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當質量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關系．那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板D的左端適當墊高，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．
根據牛頓第二定律得：對m：mg-F_拉=ma，對M：F_拉=Ma，解得：F_拉=

mMg

m+M

=

mg

1+ m M

；
當M＞＞m時，即當砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．
②A、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動．故A錯誤．
B、每次改變小車的質量時，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、實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理．故C錯誤．
D、小車運動的加速度是利用打點計時器測量，如果用天平測出m以及小車質量M，直接用公式a=

mg

M

求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗是在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系．故D錯誤．
故選B．
③當盤及盤中砝碼質量較大時，a-F圖象發生彎曲，這是由于沒有保證小車質量遠大于盤及盤中砝碼質量造成的，如圖2所示．由圖3可知，圖線沒過原點，當F≠0時，a=0．也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢這是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
（2）①兩個滑動變阻器都能保證安全，為方便實驗操作，應選最大阻值較小的滑動變阻器R₁′．
②根據電路圖連接實物電路圖如圖所示．
③根據實驗電路圖連接實物電路圖，把滑片移到最左端，把電阻箱阻值調到最大，閉合開關，調整電阻箱阻值為R₁，移到滑動變阻器滑片到合適位置，讀出毫安表示數I₁；保持滑動變阻滑片位置不變，調整變阻箱阻值為R₂，讀出此時微安表示數I₂；
④滑動變阻器阻值很小，電阻箱阻值很大，在實驗過程中認為分壓電路電壓不變，設為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）小車質量M沒有遠大于盤及盤中砝碼的質量m；沒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

．

點評：（1）教科書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
（2）本實驗采用等效替代的方法來測量微安表內阻，要控制條件：第一次滑動變阻器R′，調整電阻箱R為零．而第二次變阻器不動，調節電阻箱．