Question

18．某實驗小組利用圖甲所示裝置做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗．
（1）關于下列實驗操作，正確的是AD．（填選項前的字母）；
A．調節滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行
B．每次小車都要從同一位置開始運動
C．實驗中應先釋放小車，然后再開打點計時器的電源
D．通過增減小車上的砝碼改變小車的質量后，不需要重新平衡摩擦力
（2）平衡摩擦力后，為使小車所受合力可認為等于砝碼受到的總重力，應滿足的條件是托盤及托盤內砝碼的總質量遠小于車和小車上砝碼的總質量．
（3）小組成員中甲、乙兩同學先后在同一實驗裝置中做研究加速度與合力的關系實驗，其中一個同學在軌道水平情況下做得實驗，而另一個同學在軌道傾斜的情況下做得實驗，經數據處理后分別得到了a-F圖象中①，②兩條圖線，如圖乙所示，則圖線①（填“①”或“②”）是在軌道傾斜情況下得到的；小車及車中砝碼的總質量m=0.5kg．

Answer 1

分析 （1）依據實驗操作要求可分析必須進行的操作；
（2）根據牛頓第二定律，通過整體隔離法求出繩子拉力的表達式，從而確定托盤及托盤內砝碼的總重力在數值上近似等于小車運動時受到的拉力的條件；
（3）根據a-F圖象的特點結合牛頓第二定律分析求解．

解答 解：（1）A、調節滑輪的高度，使牽引小車的細繩與長木板保持平行，故A正確；
B、小車的釋放位置對該實驗沒有影響，不要求每次在同一位置，故B錯誤；
C、實驗時先接通電源，再釋放小車，故C錯誤；
D．通過增減小車上的砝碼改變質量時，不需要重新平衡摩擦力，即不需要重新調整木板的傾斜程度，故D正確．
（2）設托盤和托盤內砝碼的質量為m，小車的質量為M，對整體分析，加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，隔離對小車分析，根據牛頓第二定律得，F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，為使托盤及托盤內砝碼的總重力在數值上近似等于小車運動時受到的拉力，應滿足的條件是托盤及托盤內砝碼的總質量遠小于車和小車上砝碼的總質量．
（3）由圖象可知，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，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高．所以圖線①是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的．圖線①是在軌道傾斜情況下得到的；在水平軌道上，由于受到摩擦力，拉力不為零時，加速度仍然為零，可知圖線②是在軌道水平的情況下得到的．
根據牛頓第二定律得，F-f=ma，a=$\frac{F}{m}$$-\frac{f}{m}$，圖線的斜率表示質量的倒數，則$\frac{1}{m}=2$，解得：m=0.5kg
故答案為：（1）AD；（2）托盤及托盤內砝碼的總質量遠小于車和小車上砝碼的總質量；（3）①，0.5

點評 探究加速與力的關系實驗時，要平衡摩擦力、應根據紙帶求出小車的加速度，掌握實驗的實驗注意事項是正確解題的關鍵，對于圖象問題，通常的方法是得出兩個物理量的表達式，結合圖線的斜率和截距進行求解．