Question

8．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1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M與m的大小關(guān)系滿足m＜＜M時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
（2）某一組同學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B．
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以及小車質(zhì)量M，小車運動的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）某同學得到了幾條較為理想的紙帶，已在每條紙帶上每5個打點取好一個計數(shù)點，即兩計數(shù)之間的時間間隔為0.1s，依打點先后編為0，1，2，3，4，5．由于不小心，紙帶被撕斷了，如圖2所示，請根據(jù)給出的A、B、C、D四段紙帶回答（填字母）
①在B、C、D三段紙帶中選出從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是C．
?②打A紙帶時，物體的加速度大小是0.60m/s²．（保留兩位有效數(shù)字）
（4）另兩組同學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，這兩組同學得到的a-F關(guān)系圖象分別如圖3甲和圖3乙所示，其原因分別是：
圖3甲：不滿足m＜＜M；
圖3乙：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1、2）當盤及盤中砝碼的總質(zhì)量遠小于小車及砝碼總質(zhì)量時，可以認為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．平衡摩擦力時，不能掛盤；實驗過程中，應(yīng)保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應(yīng)由紙帶求出．
（3）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出4、5兩點的距離，從而確定哪段是撕下的．通過△x=aT²求出物體的加速度；
（4）由2圖象可以看出：圖線通過坐標原點，當拉力增大到一值時，加速度在偏小，原因是沒有滿足M＞＞m的條件．而3圖象可以看出：圖線不通過坐標原點，當拉力為某一值時，a為零，知沒有平衡摩擦力或傾角過小．

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=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$
當m＜＜M時，即當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，不能將及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上．故A錯誤．
B、改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實驗時，先接通電源，再釋放小車．故C錯誤．
D、小車運動的加速度通過紙帶求出，不能通過a=$\frac{mg}{M}$求出．故D錯誤．
故選：B．
（3）x₁₂-x₀₁=36-30mm=6mm，根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量，則x₄₅=x₀₁+4×6mm=54mm，故C正確．
根據(jù)△x=aT²得，a=$\frac{0.006}{0.01}=0.60m/{s}^{2}$．
（4）圖3甲中隨著F的增大，即砝碼和盤的質(zhì)量增大，不再滿足砝碼和盤的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．
圖3乙中，F(xiàn)大于零時，加速度為零，知沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力時長木板的傾角過�。�
故答案為：（1）m＜＜M；（2）B；（3）C；0.60；（4）不滿足m＜＜M；沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

點評 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，注意實驗的條件是：砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，此時才有繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．