Question

18．為了探究物體的加速度與物體所受外力、物體質(zhì)量間的關(guān)系，某小組安裝了如圖甲所示的實驗裝置并開始實驗．已知小車以車上的砝碼質(zhì)量用M表示，盤以及盤中砝碼質(zhì)量用m表示，當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g．

（1）假如已經(jīng)平衡摩擦力，則在小車做勻加速度直線運動的過程中，繩子拉力F_T=$\frac{Mmg}{M+m}$；只有當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M＞＞m時，F(xiàn)_T=mg才能成立．
（2）該小組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m不變，探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，其具體操作步驟如下，則下列做法正確的是C（填合適選項前面的符號）
A．平衡摩擦力量，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，需要重新平衡摩擦力
C．實驗時，先接通打點計時器的電源，再放開小車
D．用天平測出m以及M，小車運動的加速度直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）該小組同學(xué)后來又保持小車以車上砝碼質(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)，這組同學(xué)得到的a-F關(guān)系圖象如圖乙所示，則：?圖線不過原點的原因是遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；?圖線上端發(fā)生彎曲的原因是不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．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．
該實驗采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測量很重要；

解答 解：（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的右端適當(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：mg-T=ma
對M：T=Ma
解得：T=$\frac{Mmg}{M+m}$
當(dāng)M＞＞m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）A、平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，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．
B、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錯誤．
C、實驗時，若先放開小車，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正確．
D、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．故D錯誤．
故選：C
（4）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了．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這個步驟；
隨著F的增大，即砂和砂桶質(zhì)量的增大，不再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．
故答案為：（1）$\frac{Mmg}{M+m}$，M＞＞m；（2）C；（3）遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；不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

點評 教科書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚，同時注意整體法和隔離法的應(yīng)用．