Question

18．如圖1是探究加速度與力、質量之間關系的實驗裝置圖，以小車作為研究對象，通過在小車上增減砝碼可以改變小車質量M；在小車上掛一根細線，細線繞過定滑輪栓一個砝碼盤，盤內可以放砝碼，這時小車受到的拉力大致是盤及盤內砝碼的重力為mg，我們可以通過改變盤內的砝碼來改變小車受到的拉力，小車上固定紙袋，紙袋穿過打點計時器的限位孔，通過打點計時器在紙袋上打的點可以計算小車運動的加速度．

（1）我們研究小車的加速度a與拉力F及小車質量M的關系時，可先保持M一定，研究a與F的關系；在保持F一定，研究a與M的關系，這是物理學中常用的研究方法，稱為控制變量法．
（2）為了平衡小車受到的阻力，應適當抬高木板的右（填“左”或“右”）端
（3）為了使小車受到的拉力近似等于mg，則m與M應滿足的關系是：m＜＜M，其他與真實值相比偏大（填“偏大”或“偏小”），小車受到的合外力的真實值為$\frac{Mmg}{M+m}$
（4）實驗中打出了一條紙袋如圖2所示，計時器打點的時間間隔為0.02s，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數點，量出相鄰計數點之間的距離，該小車的加速度a=0.16m/s²．（結果保留兩位有效數字）
（5）保持小車的質量不變，改變盤中砝碼的質量，甲、乙、丙三位同學根據實驗數據分別作出了小車的加速度a隨合外力F的變化曲線，如圖3（a）、（b）、（c）所示．圖（a）中的圖線上部出現了彎曲，偏離了原來的直線，其主要原因是沒有滿足m＜＜M，圖（b）中的圖線不通過原點，其主要原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；圖（c）中的圖線不通過原點，其主要原因是平衡摩擦力過度．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力、質量的關系實驗應采用控制變量法．
（2）實驗前應平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端墊高．
（3）當小車質量遠大于砝碼與砝碼盤的質量時可以近似認為小車所受拉力等于砝碼的重力．
（4）應用勻變速直線運動的推論求出小車的加速度．
（5）分析圖示圖象，根據圖示圖象分析答題．

解答 解：（1）探究加速度與力、質量關系實驗要采用控制變量法；
（2）實驗前要平衡摩擦力，需要把木板的右端墊高．
（3）對小車與砝碼（包括砝碼盤）組成的系統，由牛頓第二定律得：mg=（M+m）a，
對小車，由牛頓第二定律得：F=Ma，解得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$＜mg，F=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當m＜＜M時，可以認為F=mg；
（4）計數點的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，由勻變速直線運動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{34}-{x}_{12}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0383-0.0352}{2×0．{1}^{2}}$≈0.16m/s²；
（5）圖3（a）中的圖線上部出現了彎曲，偏離了原來的直線，這是由于沒有滿足條件：m＜＜M造成的，砝碼質量太大，小車受到的拉力明顯小于砝碼的重力，使圖線發生彎曲；由圖3（b）所示圖象可知，圖象在F軸上有截距，當拉力大到一定程度時小車才有加速度，說明小車受到的合力小于繩子的拉力，這是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的；由圖3（c）所示圖象可知，圖象在a軸上有截距，當拉力為零時已經產生了加速度，說明小車受到的合力大于繩子的拉力，這是由于平衡摩擦力過度造成的．
故答案為：（1）控制變量法；（2）右；（3）m＜＜M；偏大；$\frac{Mmg}{M+m}$；（4）0.16；（5）沒有滿足m＜＜M；沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；平衡摩擦力過度．

點評 本題考查了實驗方法、實驗注意事項、實驗數據處理等問題，是實驗的常考問題，一定要掌握；知道實驗原理、應用牛頓第二定律即可解題；實驗前要平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端適當墊高，使小車可以在木板上做勻速直線運動即可，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不足、或平衡摩擦力過度都是錯誤的．