Question

18．如圖1是探究加速度與力、質(zhì)量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖，以小車(chē)作為研究對(duì)象，通過(guò)在小車(chē)上增減砝碼可以改變小車(chē)質(zhì)量M；在小車(chē)上掛一根細(xì)線(xiàn)，細(xì)線(xiàn)繞過(guò)定滑輪栓一個(gè)砝碼盤(pán)，盤(pán)內(nèi)可以放砝碼，這時(shí)小車(chē)受到的拉力大致是盤(pán)及盤(pán)內(nèi)砝碼的重力為mg，我們可以通過(guò)改變盤(pán)內(nèi)的砝碼來(lái)改變小車(chē)受到的拉力，小車(chē)上固定紙袋，紙袋穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙袋上打的點(diǎn)可以計(jì)算小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度．

（1）我們研究小車(chē)的加速度a與拉力F及小車(chē)質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，可先保持M一定，研究a與F的關(guān)系；在保持F一定，研究a與M的關(guān)系，這是物理學(xué)中常用的研究方法，稱(chēng)為控制變量法．
（2）為了平衡小車(chē)受到的阻力，應(yīng)適當(dāng)抬高木板的右（填“左”或“右”）端
（3）為了使小車(chē)受到的拉力近似等于mg，則m與M應(yīng)滿(mǎn)足的關(guān)系是：m＜＜M，其他與真實(shí)值相比偏大（填“偏大”或“偏小”），小車(chē)受到的合外力的真實(shí)值為$\frac{Mmg}{M+m}$
（4）實(shí)驗(yàn)中打出了一條紙袋如圖2所示，計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，該小車(chē)的加速度a=0.16m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（5）保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，甲、乙、丙三位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了小車(chē)的加速度a隨合外力F的變化曲線(xiàn)，如圖3（a）、（b）、（c）所示．圖（a）中的圖線(xiàn)上部出現(xiàn)了彎曲，偏離了原來(lái)的直線(xiàn)，其主要原因是沒(méi)有滿(mǎn)足m＜＜M，圖（b）中的圖線(xiàn)不通過(guò)原點(diǎn)，其主要原因是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；圖（c）中的圖線(xiàn)不通過(guò)原點(diǎn)，其主要原因是平衡摩擦力過(guò)度．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用控制變量法．
（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端墊高．
（3）當(dāng)小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼與砝碼盤(pán)的質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車(chē)所受拉力等于砝碼的重力．
（4）應(yīng)用勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論求出小車(chē)的加速度．
（5）分析圖示圖象，根據(jù)圖示圖象分析答題．

解答 解：（1）探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)要采用控制變量法；
（2）實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，需要把木板的右端墊高．
（3）對(duì)小車(chē)與砝碼（包括砝碼盤(pán)）組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得：mg=（M+m）a，
對(duì)小車(chē)，由牛頓第二定律得：F=Ma，解得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$＜mg，F(xiàn)=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當(dāng)m＜＜M時(shí)，可以認(rèn)為F=mg；
（4）計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔：t=0.02×5=0.1s，由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{34}-{x}_{12}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0383-0.0352}{2×0．{1}^{2}}$≈0.16m/s²；
（5）圖3（a）中的圖線(xiàn)上部出現(xiàn)了彎曲，偏離了原來(lái)的直線(xiàn)，這是由于沒(méi)有滿(mǎn)足條件：m＜＜M造成的，砝碼質(zhì)量太大，小車(chē)受到的拉力明顯小于砝碼的重力，使圖線(xiàn)發(fā)生彎曲；由圖3（b）所示圖象可知，圖象在F軸上有截距，當(dāng)拉力大到一定程度時(shí)小車(chē)才有加速度，說(shuō)明小車(chē)受到的合力小于繩子的拉力，這是由于沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的；由圖3（c）所示圖象可知，圖象在a軸上有截距，當(dāng)拉力為零時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，說(shuō)明小車(chē)受到的合力大于繩子的拉力，這是由于平衡摩擦力過(guò)度造成的．
故答案為：（1）控制變量法；（2）右；（3）m＜＜M；偏大；$\frac{Mmg}{M+m}$；（4）0.16；（5）沒(méi)有滿(mǎn)足m＜＜M；沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；平衡摩擦力過(guò)度．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題，是實(shí)驗(yàn)的�？紗�(wèn)題，一定要掌握；知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用牛頓第二定律即可解題；實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車(chē)可以在木板上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)即可，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不足、或平衡摩擦力過(guò)度都是錯(cuò)誤的．