Question

19．某實驗小組在探究“加速度與物體質量、受力的關系”的實驗中，設計如下的實驗方案，實驗裝置如圖甲所示，打點計時器所接交流電源的頻率是50Hz，具體實驗步驟如下：
A．按圖甲所示安裝好實驗裝置；
B．調節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；
C．取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質量m；
D．先接通打點計時器的電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；
E．重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質量，重復B～D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．

回答以下問題：
（1）按上述方案做實驗不要求（填“要求”或“不要求”）砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車質量．
（2）實驗打出的其中一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可測得小車的加速度是1.44m/s²．
（3）某同學根據實驗中采集的數據畫出了a-F圖象（a表示小車的加速度，F表示砝碼盤中砝碼的總重量），如圖丙所示，造成圖線不過坐標原點的主要原因是未考慮砝碼盤的重力，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力．

Answer 1

分析 根據小車做勻變速運動列出方程，對合外力進行分析即可求解；在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內的位移差為常數，根據作差法求解加速度；由圖象可知，當外力為零時，物體有加速度，通過對小車受力分析即可求解．

解答 解：（1）當小車勻速下滑時有：Mgsinθ=f+（m+m₀）g，M為小車的質量，m₀為砝碼盤的質量，
當取下細繩和砝碼盤后，放開小車做勻加速運動，由于重力沿斜面向下的分力Mgsinθ和摩擦力f不變，
因此其合外力為F=Mgsinθ-f=（m+m₀）g，由此可知該實驗中不需要砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量．
（2）在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內的位移差為常數，
即△x=aT²，將△x=1.44cm=0.0144m，T=0.1s，帶入解得：a=1.44m/s²．
（3）由圖象可知，當外力為零時，物體有加速度，這說明在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力、砝碼盤的重力，根據數學函數關系可知該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是砝碼盤的重力大小，橫坐標一格表示0.02N，所以交點的大小為0.08N．
故答案為：（1）不要求；（2）1.44；（3）未考慮砝碼盤的重力；砝碼盤的重力．

點評 解答實驗問題的關鍵是正確理解實驗原理，加強基本物理知識在實驗中的應用，同時不斷提高應用數學知識解答物理問題的能力．