Question

10．在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．

（1）当M与m的大小关系满足M＞＞m时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
（2）图2是甲同学根据测量数据画出的a-F图象，该图象表明实验操作中存在的问题是没有平衡摩擦力或平衡不足．
（3）乙、丙同学用同一装置实验，各自得到的a-F图线如图3所示，说明两个同学做实验时的哪一个物理量质量取值不同．并比较其大小M_乙＜M_丙．

Answer 1

分析 （1）要求在什么情况下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，需求出绳子的拉力，而要求绳子的拉力，应先以整体为研究对象求出整体的加速度，再以M为研究对象求出绳子的拉力，通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有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．
（2）图中有拉力时没有加速度，说明没有（完全）平衡小车受到的摩擦力．
（3）a-F图象的斜率等于物体的质量的倒数，故斜率不同则物体的质量不同．

解答 解：（1）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为：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．
（2）图中有拉力时没有加速度，是由于实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的；
（3）根据F=Ma可得$a=\frac{1}{M}F$，即a-F图象的斜率等于物体的质量倒数，所以两小车的质量不同，根据图象可知，M_乙＜M_丙．
故答案为：（1）M＞＞m；（2）没有平衡摩擦力或平衡不足；（3）质量，M_乙＜M_丙

点评 本题关键掌握实验原理和方法，就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．