Question

14．在“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”的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)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M＞＞m時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對小車的拉力大小近似等于盤和盤中砝碼所受的重力．
（2）某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼總質(zhì)量m不變來做實(shí)驗(yàn)，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是B（填入相應(yīng)的字母）
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上；
B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力；
C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源；
D．用天平測出m以及小車質(zhì)量M，小車運(yùn)動(dòng)的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$
（3）另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M不變，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：隨著F的增大，m不滿足遠(yuǎn)小于M的條件；（c）圖不過原點(diǎn)的原因是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)盤及盤中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼總質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．
（2）平衡摩擦力時(shí)，不能掛盤；實(shí)驗(yàn)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）由b圖象可以看出：圖線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)拉力增大到一值時(shí)，加速度在偏小，原因是沒有滿足M＞＞m的條件．而c圖象可以看出：圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)拉力為某一值時(shí)，a為零，知沒有平衡摩擦力或傾角過�。�

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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：mg-T=ma
對M：T=Ma
解得：T=$\frac{M}{M+m}$mg
當(dāng)M＞＞m時(shí)，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)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(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，使小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤．
B、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，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．
C、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故C錯(cuò)誤．
D、小車運(yùn)動(dòng)的加速度是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算的，而我們實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤．
故選：B
（3）圖（b）中隨著F的增大，即砂和砂桶質(zhì)量的增大，不在滿足砂和砂桶遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，
圖（c）當(dāng)F≠0時(shí)，a=0．也就是說當(dāng)繩子上有拉力時(shí)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(shí)驗(yàn)操作中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）M＞＞m；（2）B；（3）（b）隨著F的增大，m不滿足遠(yuǎn)小于M的條件；（c）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
第3題考查的是力學(xué)問題，隨著拉力的增大，加速度在偏小，這些我們都要從學(xué)過的力學(xué)知識(shí)中解決，知道沒有滿足：砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力的條件．