Question

2．如圖1所示為為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．

某同學用此實驗裝置研究物體加速度和合外力的關系．
①本實驗中，平衡小車所受的阻力時調整木板右端的高度，用手輕推小車，直到打點計時器打出一系列間距相等的點．為了保證在改變所掛砝碼的質量時，小車所受的拉力近似等于所掛物體的重力，則應滿足的條件是砝碼及砝碼盤的總質量遠小于小車的質量
②在該實驗中必須采用控制變量法，應保持小車的質量不變，用所掛物體的重力作為小車所受外力，據所打出紙帶計算出小車的加速度．
③改變所掛砝碼的質量，多次重復測量．在某次實驗中根據測得的多組數據可畫出a-F關系圖線（如圖2所示）．
a．分析此圖線的OA段可得出的實驗結論是當小車質量不變時，小車的加速度與合外力成正比
b．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是C

A．小車與木板之間存在摩擦	B．長木板保持了水平狀態
C．所掛砝碼的總質量太大	D．所用小車的質量太大．

Answer 1

分析 ①因打點時間相同，則可根據打點間隔是否相等，來確定是否平衡；為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應該遠小于小車和砝碼的總質量；
②研究加速度和力與質量的關系，采用的實驗方法是控制變量法；
③根據a-F圖線得出加速度與合外力的關系，圖線偏離直線的原因是沒有使小車質量遠大于鉤碼質量．

解答 解：①實驗前要平衡摩擦力，調整木板右端的高度，用手輕推小車，直到打點計時器打出一系列間距相等的點；
設小車的質量為M，砝碼和砝碼盤的質量為m，設繩子上拉力為F，
以整體為研究對象有mg=（m+M）a，解得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
以M為研究對象有繩子的拉力：F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
當M＞＞m時才可以認為繩對小車的拉力大小等于砝碼和砝碼盤的重力．
所以為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，
小吊盤和盤中物塊的質量之和應該遠小于小車和砝碼的總質量．
②研究物體加速度和合外力的關系時，應保證小車質量不變；
③a、圖線為過原點的直線，說明當小車質量不變時，小車的加速度與合外力成正比；
b、此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛砝碼的總質量太大，不在滿足砝碼及砝碼盤的總質量遠小于小車的質量，故選C．
故答案為：①間距相等；砝碼及砝碼盤的總質量遠小于小車的質量；②小車的質量；③a、當小車質量不變時，小車的加速度與合外力成正比；b、C．

點評 本實驗采用控制變量法進行研究，在實驗中抓住兩個認為：1、認為繩子的拉力等于小車的合力，（前提需平衡摩擦力）2、認為鉤碼的總重力等于繩子的拉力，（前提是小車的質量遠大于鉤碼的質量）．