题目内容
【题目】在“探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系”时,采用如图(a)所示的实验装置.小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示.
(1)当M与m的大小关系满足时,才可以认为绳子对小车的拉力大小近似等于盘和砝码的重力.
(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验,其具体操作步骤如下,以下做法正确的是 .
A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上;
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力;
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源;
D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式a= 求出.
(3)另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与所受外力F的关系,由于他们操作不当,这两组同学得到的a﹣F关系图象分别如图(b)和图(c)所示,回答下列问题:
(b) 图上端不是直线的原因是:;
(c) 图不过原点的原因是: .
【答案】
(1)M>>m
(2)B
(3)随着F的增大,m不满足远小于M的条件,没有平衡摩擦力或木板的倾角过小
【解析】解:(1)该实验的研究对象是小车,采用控制变量法研究.当质量一定时,研究小车的加速度和小车所受合力的关系.那么小车的合力怎么改变和测量呢?为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板D的左端适当垫高,以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是绳子的拉力.
根据牛顿第二定律得:
对m:mg﹣T=ma
对M:T=Ma
解得:T= mg
当M>>m时,即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力.(2)A、平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,使小车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动.故A错误.
B、每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力.故B正确.
C、实验时,应先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理.故C错误.
D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量,如果用天平测出m以及小车质量M,直接用公式求出,这是在直接运用牛顿第二定律计算的,而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系,应通过图象来解答,故D错误.
故选:B;(3)当F≠0时,a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;
而后者:随着F的增大,即砂和砂桶质量的增大,不在满足砂和砂桶远小于小车的质量,因此曲线上部出现弯曲现象.
所以答案是:(1)M>>m;(2)B;(3)图(b):随着F的增大,m不满足远小于M的条件;图(c):没有平衡摩擦力或木板的倾角过小.