Question

6．利用图1装置可以做力学中的许多实验．

（1）以下说法正确的是C．
A．利用此装置做“研究匀变速直线运动”的实验时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响．
B．利用此装置探究“加速度与质量的关系”并用图象法处理数据时，如果画出的a-m关系图象不是直线，就可确定加速度与质量成反比．
C．利用此装置探究“小车与木板之间动摩擦因数”实验时，不需要将长木板的一端抬高以平衡摩擦力．
（2）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，小车上放不同质量的砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究小车与木板之间的动摩擦因数（实验中小车的轮子被锁死，小车只能在长木板上滑动）．
①为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量．（填“远大于”、“远小于”或“近似等于”）
②实验中对小车及车内砝码研究，根据牛顿第二定律有F-μmg=ma，实验中记录小车的加速度a和小车所受的合外力F，通过图象处理数据．甲、乙两同学分别得到图2中甲、乙两条直线．设甲、乙用的小车及砝码质量分别为m_甲、m_乙，甲、乙用的小车与木板间的动摩擦因数分别为μ_甲、μ_乙，由图可知，m_甲＜m_乙，μ_甲＞μ_乙．（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力；在探究“小车的加速度与质量的关系”，需要平衡摩擦力，探究加速度与质量的关系，应作出$a-\frac{1}{m}$图线．
（2）根据牛顿第二定律，运用整体法和隔离法求出拉力的表达式，从而确定砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力的条件．
（3）根据牛顿第二定律得出a与F的表达式，结合图线的斜率和截距比较小车的质量和动摩擦因数．

解答 解：（1）A、此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故A错误．
B、利用此装置探究“加速度与质量的关系”，通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，曲线的种类有双曲线、抛物线、三角函数曲线等多种，所以若a-m图象是曲线，不能断定曲线是双曲线，即不能断定加速度与质量成反比，应画出a-$\frac{1}{m}$图象，故B错误．
C、利用此装置探究“小车与木板之间的动摩擦因数”实验时，不需要平衡摩擦力，若平衡摩擦力后，小车做匀速直线运动，无法通过纸带，结合运动学公式和牛顿第二定律求解小车与木板间的摩擦力，无法得出动摩擦因数，故C正确．
故选：C．
（2）对整体分析，根据牛顿第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，则绳子的拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，当m＜＜M，即砝码桶及桶内砝码的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量时，砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力．
根据牛顿第二定律有F-μmg=ma得：a=$\frac{F}{m}-μg$，结合图象可知，$\frac{1}{m}$为斜率，-ug为纵坐标的截距，所以m_甲＜m_乙，μ_甲＞μ_乙．
故答案为：（1）C；（2）①远小于；  ②＜；＞．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题；注意图象进行数据处理时，斜率和截距表示的物理意义．