Question

12．某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“牛顿第二定律”，他们在实验室组装了如图1所示的一套装置，另外他们还找到了打点计时器、学生电源、导线、复写纸、细砂、天平、刻度尺．
（1）某同学先用天平测出滑块质量M，往砂桶中装入适量细砂，滑块恰好在水平长木板上静止，用天平测出砂和砂桶的质量为m₀，再向砂桶中添加细砂，让砂桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，用天平称出此时砂和砂桶的总质量为m，要减小实验误差，应控制的实验条件M＞＞m．
（2）利用本实验装置还可以进行哪些物理规律的探究？（写出一个即可）
答：探究功和速度的关系
（3）保持滑块质量不变，改变砂和砂桶质量，一位同学根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线如图2所示，该图线不通过原点，其主要原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 （1）根据牛顿第二定律，运用整体法和隔离法得出绳子拉力的表达式，从而分析出砂和砂桶的重力等于绳子的拉力所满足的条件．
（2）该实验装置还可以探究功和速度的关系．
（3）根据F不等于零，加速度a仍然为零，分析图线不过原点的原因．

解答 解；（1）对整体分析，加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，隔离对滑块分析，则拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，当砂和砂桶的质量远小于滑块质量时，可以认为砂和砂桶的重力等于绳子的拉力．
（2）该实验装置还可以探究功和速度的关系．
（3）当F不等于零，加速度a仍然为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案为：（1）M＞＞m，（2）探究功和速度的关系，（3）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，知道实验误差的来源，注意该实验中的两个认为：1、认为绳子的拉力等于滑块的合力，前提需平衡摩擦力，2、认为砂和砂桶的重力等于绳子的拉力，要满足砂和砂桶的质量远小于滑块质量．