Question

11．同学们在做“验证牛顿第二定律”的实验．
（1）甲同学为了使小车受到合外力等于小砂桶和砂的总重量，他采用如下两个措施：
A．平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在小桶的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；
B．调整砂的多少，使砂和小砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M．
请问：以上哪一个措施中有何重大错误？
答：平衡摩擦力时不能挂小桶．
（2）乙同学在实验中，他保持小车及砝码质量M不变．反复改变砂的质量，并测得一系列数据，结果发现小车受到的合外力（小桶及砂重量）与加速度的比值略大于小车及砝码质量M，经检查发现滑轮非常光滑，打点计时器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出现这种情况的主要原因是什么？
答：由于失重，拉小车的合力T＜mg．
（3）甲同学改用图1实验装置，平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如表：

砝码盘中砝码总重力F（N）	0.196	0.392	0.588	0.784	0.980
加速度a　（m•s-2）	0.69	1.18	1.66	2.18	2.70

请根据实验数据在图2中作出a-F的关系图象．并根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点，请说明主要原因是：未计入砝码盘的重力．

Answer 1

分析 在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等于小沙桶和沙的总重量，通常采用如下两个措施：①平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在无动力的作用下带动纸带与小车一起做匀速直线运动；②调整沙的多少，使沙和小沙桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M
同时要注意根据实验的原理和实验方法分析实验中的注意事项及实验结论．

解答 解：（1）中平衡摩擦力时，不应用小桶拉动小车做匀速运动，应让小车自身下滑（即无动力）来平衡摩擦力即可． 故选：A
（2）由于小桶及沙的失重，拉小车的合外力F=$\frac{Mmg\;}{M+m}$＜mg，而处理数据时又将F=mg处理．因此，$M=\frac{F}{a}＜\frac{mg}{a}$．
（3）根据该组实验数据作出a-F的关系图象如图；
从图中图线可发现当拉力F等于0时，加速度大于0，所以实验中存在的问题可能是：未计入砝码盘的质量．
故答案为：（1）平衡摩擦力时不能挂小桶；
（2）由于失重，拉小车的合力T＜mg；（2）如图，未计入砝码盘的质量

点评 本题考查验证牛顿第二定律的实验；要明确此题在验证牛顿第二定律用到的原理，围绕原理，记忆需要测量的物理量及实验时的注意事项．