Question

11．某實(shí)驗(yàn)小組采用圖1所示的裝置探究“牛頓第二定律”即探究加速度a與合力F、質(zhì)量M的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面．

（1）為了把細(xì)繩對小車的拉力視為小車的合外力，要完成的一個(gè)重要步驟是平衡摩擦力；
（2）為使圖示中鉤碼的總重力大小視為細(xì)繩的拉力大小，須滿足的條件是鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量（填“大于”、“小于”、“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”）．
（3）一組同學(xué)在做小車加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持鉤碼的質(zhì)量一定，改變小車的總質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度．采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地檢查出加速度a與小車的總質(zhì)量M之間的關(guān)系，應(yīng)作出a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（4）甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖象如圖2所示，說明實(shí)驗(yàn)中存在的問題是平衡摩擦力時(shí)斜面的傾角過大．

Answer 1

分析 （1）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一段墊高；
（2）重物加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細(xì)線的拉力小于重力，要使其對細(xì)線的拉力近似等于重力，應(yīng)該使加速度減小，即重物的質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（3）反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（4）圖2中圖象與縱軸的截距大于0，說明在拉力等于0時(shí)，就已經(jīng)有加速度．

解答 解：（1）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來平衡摩擦力；
（2）重物加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細(xì)線的拉力小于重力，設(shè)拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律，有
對重物，有 mg-T=ma
對小車，有 T=Ma
解得
T=$\frac{M}{M+m}mg$
故當(dāng)M＞＞m時(shí)，有T≈mg
（3）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；
但a=$\frac{F}{M}$，故a與$\frac{1}{M}$成正比，而正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，故應(yīng)作a-$\frac{1}{M}$圖象．
（4）圖2中圖象與縱軸的截距大于0，說明在拉力等于0時(shí)，就已經(jīng)有加速度，說明平衡摩擦力時(shí)斜面的傾角過大．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）遠(yuǎn)小于；（3）$\frac{1}{M}$；（4）平衡摩擦力時(shí)斜面的傾角過大

點(diǎn)評 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)對實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握．