Question

2．如图1所示为为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．

某同学用此实验装置研究物体加速度和合外力的关系．
①本实验中，平衡小车所受的阻力时调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器打出一系列间距相等的点．为了保证在改变所挂砝码的质量时，小车所受的拉力近似等于所挂物体的重力，则应满足的条件是砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量
②在该实验中必须采用控制变量法，应保持小车的质量不变，用所挂物体的重力作为小车所受外力，据所打出纸带计算出小车的加速度．
③改变所挂砝码的质量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图2所示）．
a．分析此图线的OA段可得出的实验结论是当小车质量不变时，小车的加速度与合外力成正比
b．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是C

A．小车与木板之间存在摩擦	B．长木板保持了水平状态
C．所挂砝码的总质量太大	D．所用小车的质量太大．

Answer 1

分析 ①因打点时间相同，则可根据打点间隔是否相等，来确定是否平衡；为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量；
②研究加速度和力与质量的关系，采用的实验方法是控制变量法；
③根据a-F图线得出加速度与合外力的关系，图线偏离直线的原因是没有使小车质量远大于钩码质量．

解答 解：①实验前要平衡摩擦力，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器打出一系列间距相等的点；
设小车的质量为M，砝码和砝码盘的质量为m，设绳子上拉力为F，
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=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
当M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于砝码和砝码盘的重力．
所以为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，
小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量．
②研究物体加速度和合外力的关系时，应保证小车质量不变；
③a、图线为过原点的直线，说明当小车质量不变时，小车的加速度与合外力成正比；
b、此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂砝码的总质量太大，不在满足砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量，故选C．
故答案为：①间距相等；砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量；②小车的质量；③a、当小车质量不变时，小车的加速度与合外力成正比；b、C．

点评 本实验采用控制变量法进行研究，在实验中抓住两个认为：1、认为绳子的拉力等于小车的合力，（前提需平衡摩擦力）2、认为钩码的总重力等于绳子的拉力，（前提是小车的质量远大于钩码的质量）．