Question

12．用如图1所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量M（含车中的钩码）不变，用在绳的下端挂的钩码的总重力mg作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．

（1）实验时绳的下端先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．
（2）图2为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0 m/s²．（结果保留两位有效数字）
（3）保持小车的质量M（含车中的钩码）不变，改变绳的下端挂的钩码的总质量m，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线如图3所示．该图线不通过原点，其主要原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）探究物体加速度与力的关系实验中，要使小车受到的拉力等于钩码的重力，在实验前应平衡摩擦力；
（2）根据纸带数据，由△x=at²可求小车的加速度；
（3）图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，知平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）实验时绳的下端先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，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．这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．
（2）计数点间的时间间隔 t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小车的加速度a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{t}^{2}}=\frac{0.216-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）从图象可以看出当有了一定的拉力F时，小车的加速度仍然是零，小车没动说明小车的合力仍然是零，即小车还受到摩擦力的作用，说明摩擦力还没有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的还不够，没有完全平衡掉摩擦力，所以图线不通过坐标原点的原因是实验前该同学未平衡摩擦力或未平衡摩擦力不足．
故答案为：（1）平衡小车运动中所受的摩擦阻力；（2）1.0；（3）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

点评 对于实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去理解．对牛顿第二定律实验中关键明确平衡摩擦力的原因和要求满足砝码总质量远小于小车质量的理由．