Question

15．在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)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(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量M，小車運動的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）另兩組同學保持小車及車中的砝碼質(zhì)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2：沒有滿足M＞＞m；圖3：平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力．

Answer 1

分析 當盤及盤中砝碼的總質(zhì)量遠小于小車及砝碼總質(zhì)量時，可以認為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．平衡摩擦力時，不能掛盤；實驗過程中，應保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應由紙帶求出

解答 解：（1）該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當質(zhì)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的右端適當墊高，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(jù)牛頓第二定律得：
對m：mg-T=ma
對M：T=Ma
解得：T=$\frac{M}{M+m}mg$
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．
（2）A、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(zhì)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(shù)據(jù)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(zhì)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(zhì)量間的關系．故D錯誤．
故選：B
（3）圖2：隨著F的增大，即砂和砂桶質(zhì)量的增大，不在滿足砂和砂桶遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，
圖3：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．
故答案為：（1）M＞＞m；（2）B；（3）沒有滿足M＞＞m；平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力．

點評 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(shù)據(jù)處理以及注意事項，注意實驗的條件是：砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，此時才有繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．