Question

18．某同学利用如图所示的实验装置探究小车的加速度与力的关系．实验中小车质量为M，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻质定滑轮．
（1）实验中托盘和砝码的总质量为m，m应该满足的条件是M＞＞m．
（2）实验时需要平衡摩擦力，方法是将木板的一端适当垫高，使小车恰好做匀速运动．①在此操作中，是否需要将穿过限位孔的纸带与小车相连是（填“是”或“否”）
②是否需要小车在托盘和砝码的拉动下恰好做匀速运动否（填“是”或“否”）．
③在继续探究小车的加速度与小车质量关系时，是否需要重新平衡摩擦力否（填“是”或“否”）

Answer 1

分析 （1）只有当小车质量远远大于托盘和砝码的总质量时，才能用托盘和砝码的重力代替小车受到的合力．
（2）探究加速度与拉力的关系实验时，要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．

解答 解：（1）假设小车的加速度为a，拉力为F
对托盘和砝码：mg-F=ma；对小车：F=Ma；
联立得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$，故只有在M＞＞m的情况下近似认为拉力等于mg．
（2）平衡摩擦力时也要平衡纸带和限位孔之间的摩擦力，所以应该连上纸带，
砝码和砝码盘的重力等于小车受到的拉力，因此在平衡小车受到的摩擦力时，不能将盘和盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上，
平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有：f=mgsinθ=μmgcosθ，m约掉了，故不需要重新平衡摩擦力．
故答案为：（1）M＞＞m；（2）是；否；否

点评 掌握实验原理是正确解决实验题目的前提条件，实验时要平衡摩擦力，平衡摩擦力不足或过平衡摩擦力都是错误的．当砝码和砝码盘质量远小于小车质量时，可以认为小车受到的拉力等于砝码和砝码盘的重力．