Question

（1）用如圖（甲）所示的 實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力．

①某同學(xué)平衡摩擦力時(shí)是這樣操作的：將小車(chē)靜止地放在水平長(zhǎng)木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖（乙），直到小車(chē)由靜止開(kāi)始沿木板向下滑動(dòng)為止．請(qǐng)問(wèn)這位同學(xué)的操作是否正確？如果不正確，應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行操作？
答：

 

．
②如果這位同學(xué)先如①中的操作，然后不斷改變對(duì)小車(chē)的拉力F，他得到M（小車(chē)質(zhì)量）保持不變情況下的a-F圖線是如圖丙中的

 

（填選項(xiàng)代號(hào)的字母）．
③調(diào)整好裝置之后，實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．設(shè)砂和砂桶的總質(zhì)量為M，小車(chē)的質(zhì)量為m，則小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的合外力表達(dá)式F=

 

（用m、M、g表示），分析該表達(dá)式可知在滿足

 

的條件下，能減小該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差．

Answer 1

分析：（1）小車(chē)由靜止下滑，說(shuō)明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過(guò)度，當(dāng)小車(chē)帶動(dòng)紙帶勻速下滑時(shí)說(shuō)明平衡摩擦力；
（2）正確的a-F圖象應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的直線，由于平衡摩擦力過(guò)度，因此圖象在縱軸上有截距，
（3）根據(jù)牛頓第二定律列出等式求解．

解答：解：（1）小車(chē)由靜止下滑，說(shuō)明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過(guò)度，所以該同學(xué)的操作不正確，
正確的操作應(yīng)該為給小車(chē)一個(gè)初速度，小車(chē)能夠帶動(dòng)紙帶勻速下滑．
（2）如果這位同學(xué)先如（1）中的操作，導(dǎo)致平衡摩擦力過(guò)度，因此當(dāng)小車(chē)上還沒(méi)有掛砂和砂桶時(shí)，小車(chē)應(yīng)該就已經(jīng)有加速度了，故圖象ABD錯(cuò)誤，C正確．
故選：C．
（3）設(shè)砂和砂桶的總質(zhì)量為M，小車(chē)的質(zhì)量為m，則小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)牛頓第二定律得：
對(duì)于小車(chē)：F=ma
對(duì)于砂和砂桶：Mg-F=Ma
解得：F=

Mmg

m+M

=

Mg

1+ M m

所以滿足m＞＞M的條件下，小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的合外力近似等于砂和砂桶的總重力，能減小該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差．
故答案為：（1）該同學(xué)的操作不正確，正確的操作應(yīng)該為給小車(chē)一個(gè)初速度，小車(chē)能夠帶動(dòng)紙帶勻速下滑．（2）C；（3）

Mmg

m+M

，m＞＞M

點(diǎn)評(píng)：在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車(chē)所受的合力，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力．