Question

【題目】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，采用如圖（a）所示的實驗裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．

（1）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足 時，才可以認(rèn)為繩子對小車的拉力大小近似等于盤和砝碼的重力．

（2）某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來做實驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是 ．

A．平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上；

B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力；

C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源；

D．用天平測出m以及M，小車運動的加速度可直接用公式a＝mg/M求出．

（3）另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這兩組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖（b）和圖（c）所示，回答下列問題：

（b）圖上端不是直線的原因是： ．

（c）圖不過原點的原因是： ．

Answer 1

【答案】（1）m＜＜M（2）B

（3）圖（b）：隨著F的增大，m不滿足遠小于M的條件；圖（c）：沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小

【解析】

試題分析：（1）該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．根據(jù)牛頓第二定律得：對m：，對M：，解得：

當(dāng)時，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．

（2）平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤；每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正確；實驗時，應(yīng)先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故C錯誤；小車運動的加速度是利用打點計時器測量，如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，應(yīng)通過圖象來解答，故D錯誤．

（3）當(dāng)F≠0時，a=0．也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢．該組同學(xué)實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；

而后者：隨著F的增大，即砂和砂桶質(zhì)量的增大，不在滿足砂和砂桶遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．