Question

8．某同學用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關系”的實驗．實驗時保持小車的質量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度．

（1）實驗時先不掛鉤碼，反復調整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是平衡小車運動中受到的摩擦阻力．
（2）圖乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續的5個計數點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數點到A點之間的距離，如圖乙所示．已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a=1.0m/s²．（結果保留兩位有效數字）
（3）實驗時改變所掛鉤碼的質量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度．根據測得的多組數據畫出a-F關系圖線，如圖丙所示．試分析：圖線不通過坐標原點O的原因是沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠；曲線上部彎曲的原因未滿足拉車的鉤碼質量遠小于小車質量．

Answer 1

分析 （1）探究物體加速度與力的關系實驗中，要使小車受到的拉力等于鉤碼的重力，在實驗前應平衡摩擦力；
（2）根據紙帶數據，由△x=at²可求小車的加速度．
（3）圖線不通過坐標原點，當F為某一值時，加速度為零，知平衡摩擦力不足；為使繩子拉力近似等于砝碼和砝碼盤的重力，應滿足砝碼和砝碼盤的質量遠小于小車的質量．

解答 解：（1）實驗時繩的下端先不掛鉤碼，反復調整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，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．這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力．
（2）計數點間的時間間隔 T=0.02s×5=0.1s，
由△x=aT²可得：小車的加速度a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{21.60-8.79-8.79}{4×0．{1}^{2}}×1{0}^{-2}$ m/s²=1.0 m/s²．
（3）從圖象可以看出當有了一定的拉力F時，小車的加速度仍然是零，小車沒動說明小車的合力仍然是零，
即小車還受到摩擦力的作用，說明摩擦力還沒有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的還不夠，沒有完全平衡掉摩擦力，
所以圖線不通過坐標原點的原因是實驗前該同學未平衡（或未完全平衡）摩擦力．
圖線上部彎曲的原因是鉤碼的質量太大，或小車的質量太小，沒有滿足m＜＜M．
故答案為：
（1）平衡小車運動中受到的摩擦阻力；
（2）1.0；
（3）沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠，未滿足拉車的鉤碼質量遠小于小車質量．

點評 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去理解．對牛頓第二定律實驗中關鍵明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質量遠小于小車質量的理由．