Question

5．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图1所示．

（1）此实验中，研究对象是小车及车上鈎码，它受到的牵引力在满足条件小桶和悬挂物的质量远小于小车质量时，可认为等于悬挂物的重力大小．
（2）关于平衡摩擦力的说法正确的是BE
A．平衡摩擦力的实质是小车（及车上砝码）的重力沿木板方向的分力与木板与小车间、纸带与计时器间、绳与滑轮间、滑轮与轴间等摩擦力平衡
B．平衡摩擦力的实质是小车（及车上砝码）的重力沿木板方向的分力与小车和纸带所受的摩擦力平衡
C．平衡摩擦力要达到的标准时：在小桶的牵引下，小车带动纸带从长木板的一端向有定滑轮的另一端匀速滑下
D．平衡摩擦力办法是反复调节小桶中重物的多少和木板下所垫木块的厚度、位置
E．去掉小桶和细绳，若小车拖着纸带沿长木板滑下时，打点计时器在纸带上打的点痕的距离是均匀的，就是算完成了“平衡摩擦力”
（3）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图2所示．计时器打点的时间间隔为0.02s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a=0.16m/s²．（结果保留两位有效数字）
（4）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：

砝码盘中砝 码总重力F（N）	0.196	0.392	0.588	0.784	0.980
加速度a（m•s-2）	0.69	1.18	1.66	2.18	2.70

请根据实验数据在图3所示的坐标系中作出a-F的关系图象．
（5）根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点．请说明主要原因．

Answer 1

分析 （1）该实验的研究对象为小车及车上的砝码，根据牛顿第二定律，运用整体法和隔离法得出拉力的表达式，确定拉力等于悬挂物的重力大小的条件．
（2）平衡摩擦力是为了让小车及车上砝码重力沿木板方向的分力等于小车和纸带的阻力．
（3）根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度．
（4、5）作出a-F图线，结合图线分析图线不过原点的原因．

解答 解：（1）探究加速度与物体质量、物体受力的关系，研究的对象是小车及车上砝码，
对整体分析，整体的加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，隔离对小车分析，则绳子的拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{mg}{M}}$，可知桶和悬挂物的质量远小于小车质量，可认为拉力等于悬挂物的重力大小．
（2）平衡摩擦力的实质是小车（及车上砝码）的重力沿木板方向的分力与小车和纸带所受的摩擦力平衡，方法是轻推小车，让小车拖着纸带能做匀速直线运动即可，即去掉小桶和细绳，若小车拖着纸带沿长木板滑下时，打点计时器在纸带上打的点痕的距离是均匀的．故选：BE．
（3）根据△x=aT²得，加速度a=$\frac{△x}{{T}^{2}}=\frac{（3.68-3.52）×1{0}^{-2}}{0.01}=0.16m/{s}^{2}$，或a=$\frac{（3.83-3.68）×1{0}^{-2}}{0.01}=0.15m/{s}^{2}$．
（4）作出a-F图线，如图所示．
（5）小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，a-F的图线不过原点未计入砝码盘的重力．
故答案为：（1）小车及车上鈎码，小桶和悬挂物的质量远小于小车质量
（2）BE  
（3）0.16 或0.15 
（4）如图所示

（5）小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，a-F的图线不过原点未计入砝码盘的重力．

点评 1、要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．
2、对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚．