Question

14．在“探究物體的加速度與物體所受外力、物體質(zhì)量間的關(guān)系”的實驗中，采用如圖所示的實驗裝置，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(guān)系滿足M＞＞m時，才可以認為繩子對小車的拉力大小近似等于盤和盤中砝碼所受的重力．
（2）某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼總質(zhì)量m不變來做實驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是B（填入相應(yīng)的字母）
A．平衡摩擦力時，應(yīng)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=$\frac{mg}{M}$
（3）另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M不變，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖（b）和圖（c ）所示，回答下列問題：（b）圖上端不是直線的原因是：隨著F的增大，m不滿足遠小于M的條件；（c）圖不過原點的原因是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）平衡摩擦力時，不能掛盤；實驗過程中，應(yīng)保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應(yīng)由紙帶求出．
（3）由b圖象可以看出：圖線通過坐標原點，當拉力增大到一值時，加速度在偏小，原因是沒有滿足M＞＞m的條件．而c圖象可以看出：圖線不通過坐標原點，當拉力為某一值時，a為零，知沒有平衡摩擦力或傾角過�。�

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(guān)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(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(yīng)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(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，應(yīng)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(guān)系，應(yīng)通過圖象來解答，故D錯誤．
故選：B
（3）圖（b）中隨著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（c）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，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢．該組同學(xué)實驗操作中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）M＞＞m；（2）B；（3）（b）隨著F的增大，m不滿足遠小于M的條件；（c）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

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．
第3題考查的是力學(xué)問題，隨著拉力的增大，加速度在偏小，這些我們都要從學(xué)過的力學(xué)知識中解決，知道沒有滿足：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的條件．