Question

如圖1所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置．將一輛小車放在長木板上，小車前端系上細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪掛一小盤，盤里放適量的砝碼，盤與砝碼的總質(zhì)量為m，車后端連一紙帶，穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄下小車運(yùn)動(dòng)的情況．

該同學(xué)通過在小車上加減砝碼改變小車的質(zhì)量M，通過在盤中增減砝碼改變小車所受的合力F，研究紙帶算出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a，幾次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表：

次	1	2	3	4	5	6	7	8
M/kg	1.00	1.00	1.00	1.00	1.25	1.50	2.00	2.50
F/N	0.25	0.50	0.75	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
a/（m?s-2）	0.25	0.51	0.74	0.99	0.80	0.67	0.50	0.40

（1）實(shí)驗(yàn)中盤與砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力可以近似認(rèn)為等于

盤和砝碼的總質(zhì)量

；
（2）在實(shí)驗(yàn)中為了探究小車的加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，該同學(xué)采用了先保持小車質(zhì)量M不變，研究另兩個(gè)量間的關(guān)系，這種方法叫做

控制變量法

；
（3）通過表中1～4列數(shù)據(jù)可得到的結(jié)論是：

質(zhì)量一定，加速度與力成正比

；通過表中4～8列數(shù)據(jù)可得到的結(jié)論是：

力一定，加速度與質(zhì)量成反比

．
（4）在“探究加速度與力的關(guān)系”時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中砝碼的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖2所示，該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因：

未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠

．

Answer 1

分析：（1）要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力，需求出繩子的拉力，而要求繩子的拉力，應(yīng)先以整體為研究對(duì)象求出整體的加速度，再以M為研究對(duì)象求出繩子的拉力，通過比較繩對(duì)小車的拉力大小和盤和盤中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有m＜＜M時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（2）研究三個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)，先假定其中一個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．
（3）質(zhì)量一定的前提下，物體的加速度與力成正比；力一定的前提下，物體的加速度與質(zhì)量成反比．
（4）小車所受拉力力為某個(gè)值時(shí)，加速度仍然為零，即合外力為0，說明此時(shí)外力與摩擦力平衡，原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

解答：解：：（1）以整體為研究對(duì)象有mg=（m+M）a
解得a=

mg

m+M

，
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力F=Ma=

M

m+M

mg，
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有m＜＜M，即只有m＜＜M時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
故當(dāng)盤與砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力可以近似認(rèn)為等于盤和砝碼的總質(zhì)量．
（2）研究三個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)，先假定其中一個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．而在本實(shí)驗(yàn)中探究小車的加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，故先保持小車質(zhì)量M不變，而研究合外力和加速度兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，故為控制變量法．
（3）根據(jù)控制變量法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出：質(zhì)量一定的前提下，物體的加速度與力成正比；力一定的前提下，物體的加速度與質(zhì)量成反比．
（4）圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)與橫坐標(biāo)有截距說明：小車所受拉力力為某個(gè)值時(shí)，加速度仍然為零，即合外力為0，說明此時(shí)外力與摩擦力平衡，原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．
故本題的答案為：（1）盤和砝碼的總質(zhì)量．
（2）控制變量法；
（3）質(zhì)量一定，加速度與力成正比；力一定，加速度與質(zhì)量成反比
（4）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

點(diǎn)評(píng)：只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目，而實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)，故要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握．