Question

3．某实验小组利用如图1所示的实验装置探究“合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系”．实验中钩码重力大小与物体所受合外力大小视为相等．

（1）实验中可选择的钩码有2个，它们的质量分别为m₁和m₂，且m₁＞m₂，你认为实验中选择m₂（选填“m₁”或“m₂”）较合适．
（2）实验中可选择的遮光条有2个，它们的宽度分别为d₁和d₂，且d₁＞d₂，你认为实验中选择d₂（选填“d₁”或“d₂”）较合适．
（3）该实验小组又用此装置探究了物体质量一定时，加速度与所受合外力的关系，在a-F坐标系中，画出了如图2所示的三条曲线．你认为符合事实的曲线是③（从①②③三条曲线中选出一条，填序号）．曲线未过坐标原点和后段变弯曲的原因可能是末平衡摩擦力或平衡摩擦力不够、钩码质量不满足远远小于滑块质量的条件．

Answer 1

分析 （1）根据实验原理可知所挂钩码质量越小，其重力约和物体所受合外力相等；
（2）遮光条宽度越小，其通过光电门的平均速度约可以代替其瞬时速度越准确；
（3）明确实验原理，根据两坐标轴所代表的物理量量的含义，结合数学知识可正确解答．

解答 解：（1）设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：
F=Ma    ①
对所挂钩码有：mg-F=ma   ②
解得F=$\frac{mgM}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，由此可知当M＞＞m时，钩码重力大约等于绳子的拉力，因此钩码质量越小实验误差越小，故选择m₂更合适．
（2）实验中利用遮光条通过光电门的平均速度来代替其瞬时速度大小，遮光条越窄，其通过光电门的平均速度越能代替其瞬时速度，误差越小，故选择d₂．
（3）随着所挂重物质量的增加，不再满足钩码质量远小于物体质量即不满足m＜＜M的条件，图象将发生弯曲，由于物体和砝码的加速度不可能一直无限制的增大，其整体的最大加速度小于g，因此图③符合事实；
曲线未过坐标原点和后段变弯曲的原因可能是末平衡摩擦力或平衡摩擦力不够、钩码质量不满足远远小于滑块质量的条件
故答案为：（1）m₂　（2）d₂  （3）③，末平衡摩擦力或平衡摩擦力不够、钩码质量不满足远远小于滑块质量的条件．

点评 正确解决实验问题的前提是理解其实验原理，只要正确理解实验原理，才能知道实验所采取措施或所进行具体实验操作的含义．