Question

在“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”活動中，某小組設計了如圖甲所示的實驗裝置．圖中
上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止．
（1）在安裝實驗裝置時，應調整滑輪的高度，使

 

；在實驗時，為減小系統誤差，應使砝碼盤和砝碼的總質量

 

小車的質量（選填“遠大于”、“遠小于”、“等于”），這樣小車受到的拉力在數值上等于

 

．
（2）其實軌道是有摩擦的，請你想出兩種解決辦法：①

 

②

 

．
（3）本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為

 

．
（4）實驗中獲得數據如下表所示：
小車Ⅰ、Ⅱ的質量m均為200g．

實驗次數	小車	拉力F/N	位移s/cm
1	Ⅰ	0.1
	Ⅱ	0.2	46.51
2	Ⅰ	0.2	29.04
	Ⅱ	0.3	43.63
3	Ⅰ	0.3	41.16
	Ⅱ	0.4	44.80
4	Ⅰ	0.4	36.43
	Ⅱ	0.5	45.56

在第1次實驗中小車Ⅰ從圖乙中的A點運動到B點，請將測量結果填到表中空格處．通過分析，可知表中第

 

次實驗數據存在明顯錯誤，應舍棄．
（5）若想驗證加速度與小車質量關系，請你利用本裝置設計一實驗過程：

Answer 1

分析：軌道光滑，為了使繩子的拉力大小等于小車所受的合外力，實驗操作中要使小車與滑輪之間的細線與軌道平行；為了使砝碼盤和砝碼的重力等于小車所受的合外力，實驗應該滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量；兩小車均做初速度為零的勻加速直線運動，根據公式可正確進行推導；
根據位移應該與加速度成正比，由此可判斷那組數據存在明顯錯誤．

解答：解：（1）在安裝實驗裝置時，應調整滑輪的高度，使細線與軌道平行（或水平），如果細線不保持水平，那么小車的合力就不等于繩子的拉力，小車的合力就不能正確測量．
設小車的質量為M，砝碼盤和砝碼的質量為m，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

當m＜＜M時，即當砝碼盤和砝碼的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼盤和砝碼的總重力．
（2）其實軌道是有摩擦的，兩種解決辦法①由速度和力傳感器可以得到多組不同的加速度a、力F的值，可以不計動滑輪的質量，也不需要砝碼的質量要遠小于小車的質量．②調節軌道傾角，不掛砝碼使小車受到的重力沿軌道向下的分力抵消阻力，小車做勻速運動
（3）本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等．
（4）兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等，所以兩小車的位移之比等于加速度之比，即位移與所受合外力成正比，所以拉力之比應該近似等于位移之比，從實驗數據中發現第3次實驗數據存在明顯錯誤，應舍棄．
（5）驗證加速度與小車質量關系，實驗過程：
（A）用天平稱出小車的質量．
（B）按圖裝好實驗器材．使帶滑輪長木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點計時器接在交流電源，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量．
（E）保持砝碼盤和砝碼的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗．
（F）分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值．
（G）作a-

1

M

關系圖象，并由圖象確定a、M關系
故答案為：（1）細線與軌道平行（或水平），遠小于，砝碼盤和砝碼的總重力
（2）①由速度和力傳感器可以得到多組不同的加速度a、力F的值，可以不計動滑輪的質量，也不需要砝碼的質量要遠小于小車的質量．
②調節軌道傾角，不掛砝碼使小車受到的重力沿軌道向下的分力抵消阻力，小車做勻速運動
（3）兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等
（4）3
（5）（A）用天平稱出小車的質量．
（B）按圖裝好實驗器材．使帶滑輪長木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點計時器接在交流電源，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量．
（E）保持砝碼盤和砝碼的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗．
（F）分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值．
（G）作a-

1

M

關系圖象，并由圖象確定a、M關系

點評：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．
對于刻度尺讀數要進行估讀．
會運用勻變速直線運動規律能夠把要測量的物理量進行間接變換測量．