Question

4．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车载砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示．
（1）当M与m的大小关系满足M?m时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘砝码的重力．
（2）在“验证牛顿第二定律”的实验中，下列说法中错误的是ACD
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，再接通打点计时器电源
D．电子运动的加速度可用天平测出M及m后直接用公式a=$\frac{mg}{M}$求出
（3）在保持小车及车中的砝码质量M一定时，探究加速度与所受力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a-F关系分别如图2所示，其原因分别是平衡摩擦力过度与平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）要求在什么情况下才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，需求出绳子的拉力，而要求绳子的拉力，应先以整体为研究对象求出整体的加速度，再以M为研究对象求出绳子的拉力，通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
（2）探究加速度与拉力的关系实验时，要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．小车的加速度应根据打点计时器打出的纸带求出；平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车；
（3）图中没有拉力时就产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大与不足．

解答 解：（1）以整体为研究对象有mg=（m+M）a
解得a=$\frac{mg}{M+m}$，
以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=$\frac{M}{M+m}$mg，
显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
（2）A、在该实验中，我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能悬挂装砂的小桶，故A错误．
B、由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以无论是否改变小车的质量，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，故B正确．；
C、实验时应先接通电源然后再放开小车，故C错误．
D、小车的加速度应根据打点计时器打出的纸带求出，不能由牛顿第二定律求出，故D错误．
本题选错误的，故选：ACD．
（3）乙图中没有拉力时就产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大；
而甲图有拉力时，也没有加速度，则说明平衡摩擦力时，木板的倾角过小．
故答案为：（1）M?m；（2）ACD；（3）平衡摩擦力过度与平衡摩擦力不足．

点评 探究加速与力的关系实验时，要平衡摩擦力、应根据纸带求出小车的加速度，掌握实验的实验注意事项是正确解题的关键．只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．