Question

14．某實(shí)驗(yàn)小組，為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)室選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到．由計(jì)算機(jī)繪制出a與鉤碼重力的關(guān)系圖．鉤碼的質(zhì)量為m，小車和砝碼的質(zhì)量為M，重力加速度為g．回答下列問題：
（1）下列做法正確的是AD
A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳�小車的�?xì)繩與長木板保持平行
B．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在小車上
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
D．通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
（2）為使鉤碼的重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和上砝碼的總質(zhì)量．（填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”）
（3）某同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)把木板的一端墊的過高，所得的a-F圖象為圖2中的C．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若軌道水平，他測量的圖象如圖3．設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為-b，則小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{g}$．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)要保證拉力等于小車受力的合力，要平衡摩擦力，細(xì)線與長木板平行；
（2）砝碼桶及桶內(nèi)砝碼加速下降，失重，拉力小于重力，加速度越大相差越大，故需減小加速度，即減小砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量；
（3）平衡摩擦力時(shí)木板一端墊得過高會(huì)使小車受到的合力大于拉力，F(xiàn)=0時(shí)會(huì)擦產(chǎn)生加速度，在a-F圖象縱軸上有截距．
（4）根據(jù)牛頓第二定律，列出小車的滑動(dòng)摩擦力大小，然后結(jié)合圖象的斜率與截距，可以得出結(jié)論．

解答 解：（1）A、調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳�木塊的細(xì)繩與長木板保持平行，否則拉力不會(huì)等于合力，故A正確；
B、在調(diào)節(jié)模板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，不應(yīng)懸掛“重物”，故B錯(cuò)誤；  
C、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要“早來晚走”即實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)先控制木塊停下再停止打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故C錯(cuò)誤； 
D、平衡摩擦力后，有mgsinθ=μmgcosθ，即μ=tanθ，與質(zhì)量無關(guān)，故通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度，故D正確；選擇AD；
（2）設(shè)砝碼與砝碼桶的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，對(duì)砝碼桶及砝碼與小車組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
對(duì)木塊，由牛頓第二定律得：T=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，只有當(dāng) a=$\frac{mg}{M+m}$＜$\frac{mg}{M}$，只有當(dāng)砝碼桶及桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，即：m＜＜M時(shí)，小車受到的拉力近似等于砝碼及砝碼桶的重力；
（3）平衡摩擦力時(shí)木板一端墊得過高，使小車受到的合力大于細(xì)線的拉力，當(dāng)F=0時(shí)有加速度，在a-F圖象的縱軸上有截距，由圖示圖象可知，C正確；
（4）根據(jù)牛頓第二定律可知，mg-μMg=Ma，結(jié)合a-$\frac{1}{M}$圖象，可得：a=$\frac{1}{M}$mg-μg，設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為-b，
因此小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{g}$；
故答案為：（1）AD；（2）遠(yuǎn)小于；（3）C；（4）$\frac{g}$．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析分析為什么要平衡摩擦力和讓小車的質(zhì)量M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量m，且會(huì)根據(jù)原理分析實(shí)驗(yàn)誤差，同時(shí)掌握由牛頓第二定律列出方程，與圖象的斜率與截距綜合求解的方法．