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．已知沙和桶的总质量为m，小车总质量为M．

（1）在装置长木板时，应在长木板上的不带定滑轮一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直到小车在斜面上运动时，可以保持匀速直线运动状态，这样做的目的是平衡摩擦力
（2）在M＞＞m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力．
（3）在实验过程中，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．打第2个计数点时小车的速度v=0.36m/s，该小车的加速度a=0.16m/s²．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）木板与小车间有摩擦力，为了减小误差，需要平衡掉摩擦力，即垫高木板左端，使摩擦力与重力沿斜面向下的分力相等；
（2）根据牛顿第二定律分别对整体和砂和砂桶列方程可找出绳子的张力和砂和砂桶重力的关系，从而可分析出绳子对车的拉力大小等于沙和沙桶的重力的条件；
（3）小车做匀加速直线运动，可利用匀变速直线运动的推论△x=aT²求解加速度．

解答 解：（1）木板与小车间有摩擦力，为了减小误差，需要平衡掉摩擦力，即垫高木板左端，使摩擦力与重力沿斜面向下的分力相等；
（2）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
$F=Ma=\frac{Mmg}{M+m}$
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．
（3）打第2个计数点时小车的速度v=$\frac{{x}_{13}}{2T}=\frac{0.0352+0.0368}{0.2}=0.36m/s$，
由：△x=aT²得：
a=$\frac{0.0368-0.0352}{0.01}=0.16m/{s}^{2}$
故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）M＞＞m；（3）0.36；0.16．

点评 对于实验我们要明确实验原理、具体实验操作以及数据处理等，同时要清楚每一项操作存在的理由，还要会分析实验误差，数据处理时注意单位的换算和有效数字的保留．