Question

1．在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車(chē)的加速度可由小車(chē)后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出．

（1）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿(mǎn)足M＞＞m時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力．某同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用了課本上案例的裝置，由于沒(méi)有滿(mǎn)足上面的M與m的大小關(guān)系，結(jié)果得到的a-$\frac{1}{M}$圖象可能是圖2中的A．
（2）一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（3）如圖3（a），甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的a-F圖線(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題是沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不完全．
（4）乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的a-F圖線(xiàn)，如圖3（b）所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？小車(chē)及車(chē)中砝碼的總質(zhì)量不同．

Answer 1

分析 （1）要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和盤(pán)中砝碼的重力，需求出繩子的拉力，而要求繩子的拉力，應(yīng)先以整體為研究對(duì)象求出整體的加速度，再以M為研究對(duì)象求出繩子的拉力，通過(guò)比較繩對(duì)小車(chē)的拉力大小和盤(pán)和盤(pán)中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和盤(pán)中砝碼的重力．反比例函數(shù)圖象是曲線(xiàn)，而根據(jù)曲線(xiàn)很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（2）由1的分析可以知道應(yīng)該做什么圖象；
（3）a圖中有拉力時(shí)還沒(méi)有加速度，說(shuō)明摩擦力還存在．
（4）a-F圖象的斜率等于物體的質(zhì)量，故斜率不同則物體的質(zhì)量不同．

解答 解：（1）以整體為研究對(duì)象有：mg=（m+M）a，
解得：a=$\frac{mg}{m+M}$，
以M為研究對(duì)象有繩子的拉力為：F=Ma=$\frac{Mg}{m+M}$mg．
顯然要有F=mg必有m+M≈M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和盤(pán)中砝碼的重力．
（2）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線(xiàn)，而根據(jù)曲線(xiàn)很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；但存在關(guān)系：a=$\frac{F}{M}$，
故a與$\frac{1}{M}$成正比，而正比例函數(shù)圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（3）a圖中有拉力時(shí)還沒(méi)有加速度，說(shuō)明沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不完全．
（4）由圖可知在拉力相同的情況下a_乙＞a_丙，
根據(jù)F=ma可得m=$\frac{F}{a}$，即a-F圖象的斜率等于物體的質(zhì)量，且m_乙＜m_丙．故兩人的實(shí)驗(yàn)中小車(chē)及車(chē)中砝碼的總質(zhì)量不同．
故答案為：（1）M＞＞m，A；（2）$\frac{1}{M}$；（3）沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不完全；（4）小車(chē)及車(chē)中砝碼的總質(zhì)量不同．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)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)，尤其是理解平衡摩擦力和M＞＞m的操作和要求的含義．只要掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類(lèi)題目，就能舉一反三，所以要注意基本原理的學(xué)習(xí)．