Question

20．在探究加速度與物體所受合外力、質量間的關系時，采用如圖1所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質量用M表示，盤及盤中的砝碼質量用m表示．

（1）M與m的關系滿足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）一組同學在先保持盤及盤中的砝碼質量一定，探究加速度與質量的關系時，以下做法錯誤的是ABC
A．平衡摩擦力時，應將紙帶拆除
B．每次改變小車的質量時，都需要調整軌道傾角以重新平衡摩擦力
C．實驗時，先放開小車還是先接通打點計時器電源，需要依照具體情況確定
D．小車運動的加速度需根據紙帶信息計算得出，不能用a=$\frac{mg}{M}$計算得出
（3）在保持小車及車中的砝碼質量M一定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于平衡摩擦力過度以及沒有注意M、m之間的關系，根據記錄的數據該同學得到了一個a-F關系圖象，圖2中的哪個圖是符合實驗的實際情況的．A．

Answer 1

分析 當盤及盤中砝碼的總質量遠小于小車及砝碼總質量時，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，應保證繩和紙帶與木板平行，小車的加速度應由紙帶求出．在驗證加速度與質量的關系時，在重物質量m遠小于小車質量M時，可近似認為小車受到的拉力等于重物重力，當不能滿足這個條件時，將會出現誤差，圖象將偏離直線．

解答 解：（1）驗證牛頓第二定律的實驗中，要保證m《M，才能保證繩子的拉力約等于m的重力；
（2）A、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，但應掛上紙帶，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動．故A錯誤．
B、每次改變小車的質量時，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錯誤．
C、實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理．故C錯誤．
D、小車運動的加速度是利用打點計時器測量，如果用天平測出m以及小車質量M，直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗是在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系．故D正確．
本題選錯誤的
故選：ABC
（3）平衡摩擦力過度時，當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，當滿足M?m時，可以認為小車受到的拉力（合力）F=mg，此時加速度a與小車質量M成反比，與$\frac{1}{M}$成正比，以$\frac{1}{M}$橫軸，a為縱軸，則a-$\frac{1}{M}$圖象應是過原點的直線，當小車質量M不遠大于重物質量m時，小車受到的拉力明顯小于重物重力，a-$\frac{1}{M}$圖象向下彎曲，故A符合實驗的實際情況．
故選：A
故答案為：（1）m《M；（2）ABC；（3）A

點評 1、該題考查了力學問題，把長木板的一端墊得過高，使得傾角偏大，會導致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力減小等現象，這些我們都要從學過的力學知識中解決．
2、探究加速度與質量關系時，應控制拉力不變而改變小車質量，實驗時要注意小車質量應遠大于重物質量．
3、要培養(yǎng)學生作圖能力，以及根據圖象得出結論的能力．