Question

5．為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，物理興趣小組成員獨立設(shè)計了如圖甲所示的實驗探究方案，并進行了實驗操作．

（1）在長木板的左端墊上木塊的目的是平衡摩擦力；
（2）實驗中用砝碼（包括小盤）的重力G=mg的大小作為小車（質(zhì)量為M）所受拉力F的大小，能夠?qū)崿F(xiàn)這一設(shè)想的前提條件是m＜＜M；
（3）圖乙為小車質(zhì)量M一定時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的小車加速度的倒數(shù)$\frac{1}{a}$與盤和砝碼的總質(zhì)量m之間的實驗關(guān)系圖象．設(shè)圖中直線斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓第二定律成立，則小車的質(zhì)量M為$\frac{k}$．

Answer 1

分析 （1、2）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，了解平衡摩擦力的方法；
（3）根據(jù)牛頓第二定律寫出$\frac{1}{a}$與小車上砝碼質(zhì)量m的表達式，然后結(jié)合斜率與截距概念求解即可．

解答 解：（1）實驗中有摩擦力影響，需要先平衡摩擦力，讓長木板的左端適當(dāng)墊高．
（2）以M和m系統(tǒng)為研究對象，mg=（M+m）a，以小車為研究對象F_拉=Ma
聯(lián)立方程得：${F}_{拉}=\frac{mMg}{m+M}$，由此可知當(dāng)m＜＜M時，即當(dāng)鉤碼的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于鉤碼的總重力．
（3）對小車，根據(jù)牛頓第二定律得：F=（m+M）a，
變形得$\frac{1}{a}=\frac{1}{F}m+\frac{M}{F}$
所以$\frac{1}{a}$-m圖線的斜率表示$\frac{1}{F}$，
則k=$\frac{1}{F}$，
$\frac{1}{a}-m$圖象的截距為$\frac{M}{F}=b$
所以M=$Fb=\frac{k}$
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）m＜＜M；（3）$\frac{k}$

點評 遇到涉及圖象的問題時，要先根據(jù)物理規(guī)律寫出關(guān)于縱軸與橫軸的函數(shù)表達式，再根據(jù)斜率和截距的概念求解即可．