Question

11．某實驗小組采用圖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、質量M的關系．實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面．

（1）為了把細繩對小車的拉力視為小車的合外力，要完成的一個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繩的拉力大小，須滿足的條件是鉤碼的總質量遠小于小車的總質量（填“大于”、“小于”、“遠大于”或“遠小于”）．
（3）一組同學在做小車加速度與小車質量的關系實驗時，保持鉤碼的質量一定，改變小車的總質量，測出相應的加速度．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與小車的總質量M之間的關系，應作出a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（4）甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖象如圖2所示，說明實驗中存在的問題是平衡摩擦力時斜面的傾角過大．

Answer 1

分析 （1）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應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)，其對細線的拉力小于重力，要使其對細線的拉力近似等于重力，應該使加速度減小，即重物的質量應該遠小于小車的質量．
（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系；正比例函數(shù)圖象是過坐標原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關系．
（4）圖2中圖象與縱軸的截距大于0，說明在拉力等于0時，就已經(jīng)有加速度．

解答 解：（1）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應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)，其對細線的拉力小于重力，設拉力為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M＞＞m時，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)圖象是過坐標原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關系，故應作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，就已經(jīng)有加速度，說明平衡摩擦力時斜面的傾角過大．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）遠小于；（3）$\frac{1}{M}$；（4）平衡摩擦力時斜面的傾角過大

點評 只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關，故要加強對實驗原理的學習和掌握．