Question

5．用如圖1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所受的摩擦阻力．
（2）圖2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3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=1.0 m/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2所示．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現象的主要原因可能是C．（選填下列選項的序號）
A．小車與平面軌道之間存在摩擦
B．平面軌道傾斜角度過大
C．所掛鉤碼的總質量過大
D．所用小車的質量過大．

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）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）使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受的摩擦阻力平衡，才能認為在實驗中小車受的合外力就是鉤碼的拉力，所以這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力．
（2）由△x=aT²和逐差法可知：a=$\frac{{x}_{DE}+{x}_{CD}-{x}_{AB}-{x}_{BC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（21.60-8.79-8.79）×1{0}^{-2}}{4×（0.1）^{2}}$ m/s²=1.0 m/s²
（3）在實驗中認為細繩的張力F就是鉤碼的重力mg，實際上，細繩張力為：F′=Ma，mg-F′=ma，
即：F′=$\frac{M}{M+m}$•mg
a=$\frac{1}{M+m}$•mg=$\frac{1}{M+m}$F
所以當拉力F變大時，m必定變大，$\frac{1}{M+m}$必定減�。�當M?m時，a-F圖象為直線，當不滿足M?m時，便有a-F圖象的斜率逐漸變小，選項C正確．
故答案為：（1）平衡小車運動中所受的摩擦阻力；（2）1.0；（3）C

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．