Question

18．如圖1是探究加速度與力、質(zhì)量之間關(guān)系的實驗裝置圖，以小車作為研究對象，通過在小車上增減砝碼可以改變小車質(zhì)量M；在小車上掛一根細線，細線繞過定滑輪栓一個砝碼盤，盤內(nèi)可以放砝碼，這時小車受到的拉力大致是盤及盤內(nèi)砝碼的重力為mg，我們可以通過改變盤內(nèi)的砝碼來改變小車受到的拉力，小車上固定紙袋，紙袋穿過打點計時器的限位孔，通過打點計時器在紙袋上打的點可以計算小車運動的加速度．

（1）我們研究小車的加速度a與拉力F及小車質(zhì)量M的關(guān)系時，可先保持M一定，研究a與F的關(guān)系；在保持F一定，研究a與M的關(guān)系，這是物理學(xué)中常用的研究方法，稱為控制變量法．
（2）為了平衡小車受到的阻力，應(yīng)適當(dāng)抬高木板的右（填“左”或“右”）端
（3）為了使小車受到的拉力近似等于mg，則m與M應(yīng)滿足的關(guān)系是：m＜＜M，其他與真實值相比偏大（填“偏大”或“偏小”），小車受到的合外力的真實值為$\frac{Mmg}{M+m}$
（4）實驗中打出了一條紙袋如圖2所示，計時器打點的時間間隔為0.02s，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，該小車的加速度a=0.16m/s²．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（5）保持小車的質(zhì)量不變，改變盤中砝碼的質(zhì)量，甲、乙、丙三位同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別作出了小車的加速度a隨合外力F的變化曲線，如圖3（a）、（b）、（c）所示．圖（a）中的圖線上部出現(xiàn)了彎曲，偏離了原來的直線，其主要原因是沒有滿足m＜＜M，圖（b）中的圖線不通過原點，其主要原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；圖（c）中的圖線不通過原點，其主要原因是平衡摩擦力過度．

Answer 1

分析 （1）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗應(yīng)采用控制變量法．
（2）實驗前應(yīng)平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端墊高．
（3）當(dāng)小車質(zhì)量遠大于砝碼與砝碼盤的質(zhì)量時可以近似認(rèn)為小車所受拉力等于砝碼的重力．
（4）應(yīng)用勻變速直線運動的推論求出小車的加速度．
（5）分析圖示圖象，根據(jù)圖示圖象分析答題．

解答 解：（1）探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實驗要采用控制變量法；
（2）實驗前要平衡摩擦力，需要把木板的右端墊高．
（3）對小車與砝碼（包括砝碼盤）組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得：mg=（M+m）a，
對小車，由牛頓第二定律得：F=Ma，解得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$＜mg，F(xiàn)=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當(dāng)m＜＜M時，可以認(rèn)為F=mg；
（4）計數(shù)點的時間間隔：t=0.02×5=0.1s，由勻變速直線運動的推論：△x=at²可知，加速度：a=$\frac{{x}_{34}-{x}_{12}}{2{t}^{2}}$=$\frac{0.0383-0.0352}{2×0．{1}^{2}}$≈0.16m/s²；
（5）圖3（a）中的圖線上部出現(xiàn)了彎曲，偏離了原來的直線，這是由于沒有滿足條件：m＜＜M造成的，砝碼質(zhì)量太大，小車受到的拉力明顯小于砝碼的重力，使圖線發(fā)生彎曲；由圖3（b）所示圖象可知，圖象在F軸上有截距，當(dāng)拉力大到一定程度時小車才有加速度，說明小車受到的合力小于繩子的拉力，這是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的；由圖3（c）所示圖象可知，圖象在a軸上有截距，當(dāng)拉力為零時已經(jīng)產(chǎn)生了加速度，說明小車受到的合力大于繩子的拉力，這是由于平衡摩擦力過度造成的．
故答案為：（1）控制變量法；（2）右；（3）m＜＜M；偏大；$\frac{Mmg}{M+m}$；（4）0.16；（5）沒有滿足m＜＜M；沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；平衡摩擦力過度．

點評 本題考查了實驗方法、實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理等問題，是實驗的�？紗栴}，一定要掌握；知道實驗原理、應(yīng)用牛頓第二定律即可解題；實驗前要平衡摩擦力，把木板不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車可以在木板上做勻速直線運動即可，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不足、或平衡摩擦力過度都是錯誤的．