Question

3．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1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m＜＜M时，才可以认为绳子对小车的拉力大小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B．
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=$\frac{mg}{M}$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2和图3所示，其原因分别是：
图2：不满足m＜＜M；
图3：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 当盘及盘中砝码的总质量远小于小车及砝码总质量时，可以认为小车受到的拉力等于盘及砝码的重力．平衡摩擦力时，不能挂盘；实验过程中，应保证绳和纸带与木板平行；小车的加速度应由纸带求出．

解答 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的右端适当垫高，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=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$
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，不能将及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上．故A错误．
B、改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力．故B正确．
C、实验时，先接通电源，再释放小车．故C错误．
D、小车运动的加速度通过纸带求出，不能通过a=$\frac{mg}{M}$求出．故D错误．
故选：B．
（3）①图2中随着F的增大，即砝码和盘的质量增大，不再满足砝码和盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．
②从图象3可知，F大于零时，加速度为零，知没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力时长木板的倾角过小．
故答案为：
（1）m＜＜M；（2）B；（3）不满足m＜＜M；没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

点评 本题考查验证牛顿第二定律的实验，注意实验的条件是：砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，此时才有绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．