Question

18．在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質量M間的關系時，采用如圖1所示的實驗裝置．小車及車中的砝碼質量用M表示，盤及盤中的砝碼質量用m表示．

（1）當M與m的大小關系滿足m?M時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
（2）某一組同學先保持盤及盤中的砝碼質量m一定來做實  驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是B．
A．平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力
C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源
D．用天平測出m以及小車質量M，小車運動的加速度可直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）另兩組同學保持小車及車中的砝碼質量M一定，探究加速度a與所受外力F的關系，由于他們操作不當，這兩組同學得到的a-F關系圖象分別如圖2A和圖2B所示，其原因分別是：
圖A：不再滿足砂和砂桶遠小于小車的質量；
圖B：遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 當盤及盤中砝碼的總質量遠小于小車及砝碼總質量時，可以認為小車受到的拉力等于盤及砝碼的重力．平衡摩擦力時，不能掛盤；實驗過程中，應保證繩和紙帶與木板平行；小車的加速度應由紙帶求出．
由圖象A可以看出：圖線通過坐標原點，當拉力增大到一值時，加速度在偏小，原因是沒有滿足M＞＞m的條件．而圖象B可以看出：圖線不通過坐標原點，當拉力為某一值時，a為零，知沒有平衡摩擦力或傾角過小．

解答 解：（1）根據牛頓第二定律得，整體的加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，則繩子的拉力T=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當M＞＞m時，認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．
（2）A、平衡摩擦力時，不能將及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上．故A錯誤．
B、改變小車質量時，不需要重新平衡摩擦力．故B正確．
C、實驗時，先接通電源，再釋放小車．故C錯誤．
D、小車運動的加速度通過紙帶求出，不能通過a=$\frac{mg}{M}$求出，故D錯誤．
故選：B．
（3）圖A隨著F的增大，即砂和砂桶質量的增大，不再滿足砂和砂桶遠小于小車的質量，因此曲線上部出現彎曲現象．
圖B當F≠0時，a=0．也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，可知該組同學實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；
故答案為：（1）m?M
（2）B
（3）不再滿足砂和砂桶遠小于小車的質量，遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數據處理以及注意事項，注意實驗的條件是：砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，此時才有繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．