Question

19．在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點(diǎn)計(jì)時器打上的點(diǎn)計(jì)算出．

（1）試驗(yàn)中，需要在木板的右端點(diǎn)上一個小木塊，其目的是平衡摩擦力．
（2）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M＞＞m時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤中砝碼的重力．
（3）圖2所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為3.2m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）如圖3（a），是甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出的a-F圖線，說明實(shí)驗(yàn)存在的問題是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（5）乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的a-F圖線如圖（b）所示，兩個同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時的哪一個物理量取值不同？小車質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力；
（2）要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力，需求出繩子的拉力，而要求繩子的拉力，應(yīng)先以整體為研究對象求出整體的加速度，再以M為研究對象求出繩子的拉力，通過比較繩對小車的拉力大小和盤和盤中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有m＜＜M時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的推論△x=at²可以求出加速度．
（4）圖B中圖象與橫軸的截距大于0，說明在拉力大于0時，加速度等于0，即合外力等于0．
（5）a-F圖象的斜率等于物體的質(zhì)量，故斜率不同則物體的質(zhì)量不同．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，在木板的右端點(diǎn)上一個小木塊，其目的是平衡摩擦力．
（2）由牛頓第二定律得，以整體為研究對象：mg=（m+M）a，以M為研究對象，有繩子的拉力：F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）由勻變速直線運(yùn)動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{DE-AB}{3{t}^{2}}$=$\frac{0.0772-0.0619}{3×（2×0.02）^{2}}$≈3.2m/s²．
（4）圖B中圖象與橫軸的截距大于0，說明在拉力大于0時，加速度等于0，說明物體所受拉力之外的其他力的合力大于0，即沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（5）由圖可知在拉力相同的情況下a_乙＞a_丙，根據(jù)F=ma可得m=$\frac{F}{a}$，即a-F圖象的斜率等于物體質(zhì)量的倒數(shù)，且m_乙＜m_丙．故兩人的實(shí)驗(yàn)中小車及車中砝碼的總質(zhì)量不同．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）M＞＞m；（3）3.2；（4）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；（4）小車質(zhì)量．

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，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．