Question

19．如图甲所示的实验装置可以用来研究加速度与力的关系．实验中用到了两个位移传感器，两位移传感器分别装有发射器和接收器，装有发射器的位移传感器放在运动的滑块上，固定于长木板上的位移传感器的接收器与计算机相连，即可通过计算机得到滑块加速度的具体值．实验中通过增加砝码的数量，多次测量，可得滑块运动的加速度a合滑块所受拉力F的关系图象如图乙所示．已知g=10m/s²，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．
（1）a-F图象不过原点，表明测量之前缺少的一个必要操作是平衡摩擦力．
（2）由实验得到的a-F图象可以计算出滑块的质量m=0.25kg；滑块与长木板间的动摩擦因数μ=0.05．
（3）随着所挂砝码数量增加，拉力F越来越大，a-F图象中图线不断延伸，后半段将会发生弯曲，请预测图线将向横轴（选填“横轴”或“纵轴”）一侧弯曲．

Answer 1

分析 （1）实验前要平衡摩擦力，如果不平衡摩擦力，a-F图象在F轴上将有截距．
（2）应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式，然后根据图象的函数表达式求出质量与动摩擦因数．
（3）随砝码质量增加，滑块受到的拉力明显小于钩码的重力，图线将向F轴弯曲．

解答 解：（1）由于实验前没有平衡摩擦力，小车受到的合力小于细线的拉力，当拉力达到一定值时才产生加速度，a-F图线在F轴上有截距．
（2）由牛顿第二定律得：a=$\frac{F-μmg}{m}$=$\frac{1}{m}$F-μg，a-F图线的斜率：k=$\frac{1}{m}$=$\frac{2}{0.5}$=4，滑块质量：m=$\frac{1}{k}$=0.25kg，图线横轴截距：b=μg=0.5，动摩擦因数：μ=$\frac{b}{g}$=$\frac{0.5}{10}$=0.05；
（3）随着所挂砝码数量增加，拉力F越来越大，滑块受到的拉力明显小于砝码的重力，a-F图象中图线不断延伸，后半段将会发生弯曲，测图线将向横轴弯曲．
故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）0.25kg；0.05；（3）横轴．

点评 探究加速度与力、质量关系要平衡摩擦力，应用牛顿第二定律求出图象的函数表达式是求出滑块质量与动摩擦因数的前提与关键；要理解实验原理，掌握实验注意事项．