Question

【題目】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a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）若已平衡好摩擦，在小車做勻加速直線運動過程中繩子拉力T=_____，當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_____時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．

（2）某一組同學(xué)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_____．

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，需要重新平衡摩擦力

C．實驗時，先接通打點計時器的電源，再放開小車

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=求出

（3）某小組同學(xué)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(dāng)，這組同學(xué)得到的a﹣F關(guān)系圖象如圖b所示，其原因是：_____

（4）圖c是某次實驗中得到的紙帶．已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出，求出小車下滑的加速度為_____rn/s2．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】 （1） M＞＞m； （2）C； （3）①平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力；②沒有滿足M＞＞m； （4）1.58．

【解析】（1）該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板D的右端適當(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=mg

當(dāng)M＞＞m時，即當(dāng)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）平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，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．每次改變小車的質(zhì)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．實驗時，若先放開小車，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(shù)據(jù)的采集和處理．故C正確．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(zhì)量M，直接用公式求出，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(zhì)量間的關(guān)系．故D錯誤．故選C.

（3）當(dāng)F≠0時，a=0．也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢．該組同學(xué)實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟，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小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．

（4）由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，

根據(jù)△x=aT2，運用逐差法得: