Question

【題目】在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系時，采用如圖所示的實驗裝置，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，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上由打點計時器打出的點計算出：

(1)當M與m的大小關系滿足______時，才可以認為細線對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．

(2)一組同學在保持盤及盤中的砝碼質量一定的情況下，探究加速度與小車質量的關系，以下做法正確的是________．

A．平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細線繞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，再接通打點計時器電源

D．小車運動的加速度可用天平測出m和M，直接用公式a＝mg/M求出

(3)在保持小車及車中的砝碼質量M一定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于平衡摩擦力時操作不當，兩位同學得到的a－F關系分別如圖中2中甲、乙所示(a是小車的加速度，F是細線作用于小車的拉力)．

其原因分別是：

甲圖：___________________________________________；

乙圖：___________________________________________.

Answer 1

【答案】mM B 木板的傾角過大 沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

【解析】

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；

（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．為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板右的左端適當墊高，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：
對M：
解得：，當時，即當小車的質量遠大于砝碼和盤的總質量時，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力；
（2）A、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，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，若先放開小車，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，所以應該先接通電源，后釋放小車，故C錯誤；
D、小車運動的加速度是利用打點計時器打出紙帶并分析紙帶得到的，如果用天平測出m以及小車質量M，直接用公式求出，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；
（3）甲圖：當時，，也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大；
乙圖：從上圖中發現直線沒過原點，當時，，也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明該組同學實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟．即傾角過小。