Question

1．某小組采用如圖所示的實驗裝置來做“驗證牛頓第二定律”的實驗，如圖甲所示，木板水平放置，小車的質(zhì)量為M，一個鉤碼的質(zhì)量為m₀，重力加速度為g．

①某同學(xué)在保持小車的質(zhì)量不變時，測出了多組合外力與加速度的數(shù)值，并作出了如圖所示的a-F圖象，圖線不通過坐標(biāo)原點的原因是未平衡摩擦力．
②為了解決上述問題，該同學(xué)又進(jìn)行了如下操作：
Ⅰ．只掛一個鉤碼，紙帶上所記錄的點跡如圖乙所示；
Ⅱ．保持小車的質(zhì)量不變，分別掛上3個、5個鉤碼時，紙帶上所記錄的點跡分別如圖丙、丁所示．從圖乙紙帶上的點跡能初步判斷出小車運動過程中所受到的阻力為${m}_{0}^{\;}g$．
③驗證牛頓第二定律后，該同學(xué)求得丙圖紙帶所對應(yīng)小車的加速度為$\frac{2{m}_{0}^{\;}g}{M+3{m}_{0}^{\;}}$（用M、m₀和g表示）

Answer 1

分析 ①圖線不通過坐標(biāo)原點，說明拉力F為某一值時，加速度為零，可從是否平衡摩擦力方面分析．
②根據(jù)乙紙帶判斷小車的運動狀態(tài)，對小車進(jìn)行受力，然后求出小車受到的阻力．
③對小車受力分析，然后由牛頓第二定律求出小車的加速度．

解答 解：①圖線不通過坐標(biāo)原點，說明拉力F為某一值時，加速度為零，
可能是實驗時沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．
②由圖乙所示紙帶可知，小車運動穩(wěn)定后，小車在相等時間內(nèi)的路程相等，
則小車做運動直線運動，處于平衡狀態(tài)，此時小車在水平方向上受摩擦力f，
繩子的拉力F=m₀g作用，由平衡條件得，小車運動過程中所受到的阻力f=F=m₀g；
③打紙帶丙時，小車受到的拉力F′，摩擦力f=m₀g，
由牛頓第二定律得：
F′-f=Ma，即F′-m₀g=Ma①；
對鉤碼：$3{m}_{0}^{\;}g-F′=3{m}_{0}^{\;}a$②
聯(lián)立①②得$a=\frac{2{m}_{0}^{\;}g}{M+3{m}_{0}^{\;}}$
故答案為：①未平衡摩擦力      ②${m}_{0}^{\;}g$       ③$\frac{2{m}_{0}^{\;}g}{M+3{m}_{0}^{\;}}$

點評 本題考查了打點計時器的應(yīng)用及打出的紙帶的處理方法，有利于學(xué)生基本知識的掌握，同時也考查了學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的處理方法，及試驗條件的掌握，平衡摩擦力的方法．