Question

18．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(guān)系時(shí)，采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置．小車(chē)及車(chē)中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量用m表示．

（1）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿(mǎn)足M＞＞m時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和砝碼的重力．
（2）在此試驗(yàn)中我們利用了“控制變量法”．探究加速度a和力F的關(guān)系時(shí)，保持小車(chē)質(zhì)量一定．探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)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與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與$\frac{1}{m}$的圖象．
（3）甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的小車(chē)加速度a和小車(chē)所受拉力F的圖象如圖乙中的直線(xiàn)Ⅰ所示，乙同學(xué)畫(huà)出的a-F圖象如圖乙中的直線(xiàn)Ⅱ所示．直線(xiàn)Ⅰ、Ⅱ在兩個(gè)坐標(biāo)軸上的截距都比較大，明顯超出了誤差范圍，下面關(guān)于形成這種狀況原因的解釋正確的是BC
A．實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力
B．甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端墊得過(guò)高了
C．實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力
D．乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端墊得過(guò)高了．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)盤(pán)及盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)及砝碼總質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為小車(chē)受到的拉力等于盤(pán)及砝碼的重力．
（2）反比例函數(shù)圖象是曲線(xiàn)，而根據(jù)曲線(xiàn)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（3）Ⅰ圖象表明在小車(chē)的拉力為0時(shí)，合外力大于0，說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度．Ⅱ圖象說(shuō)明在拉力大于0時(shí)，物體的加速度為0，說(shuō)明繩子的拉力被摩擦力平衡了，即沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車(chē)，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車(chē)的加速度和小車(chē)所受合力的關(guān)系．那么小車(chē)的合力怎么改變和測(cè)量呢？為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車(chē)的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：
對(duì)m：mg-F_拉=ma
對(duì)M：F_拉=Ma
解得：F_拉=$\frac{mMg}{m+M}$
當(dāng)M＞＞m時(shí)，即當(dāng)砝碼和盤(pán)的總重力要遠(yuǎn)小于小車(chē)的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤(pán)的總重力．
（2）探究加速度a和力F的關(guān)系時(shí)，保持小車(chē)質(zhì)量不變，
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(xiàn)，
而根據(jù)曲線(xiàn)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，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．
（3）A、Ⅰ圖象表明在小車(chē)的拉力為0時(shí)，小車(chē)的加速度大于0，說(shuō)明合外力大于0，說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)渡，即把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了．故A錯(cuò)誤，B正確．
C、Ⅱ圖象說(shuō)明在拉力大于0時(shí)，物體的加速度為0，說(shuō)明合外力為0，即繩子的拉力被摩擦力平衡了，即沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，也就是沒(méi)有將長(zhǎng)木板的末端抬高或抬高不夠．故C正確，而D錯(cuò)誤．
故選：BC
故答案為：（1）M＞＞m；（2）小車(chē)質(zhì)量；$\frac{1}{m}$；（3）BC

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(lèi)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，難度適中．