Question

11．用如图1所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验：小车搁置在水平放置的长木板上，纸带连接车尾并穿过打点计时器，用来测定小车的加速度a，小桶通过细线对小车施加拉力F．在保持小车质量不变的情况下，改变对小车拉力F的大小，测得小车所受拉力F和加速度a的数据如表：

F/N	0.21	0.30	0.40	0.49	0.60
a/（ms）2	0.10	0.21	0.29	0.41	0.49

（1）根据测得的数据，在图2中作出a-F图象．
（2）由图象可知，小车与长木板之间的最大静摩擦力大为0.10N．（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
（3）在（1）作出的a-F图线不过坐标原点，可能的原因是没有平衡摩擦力或平衡的不够．
（4）在“验证牛顿第二定律”的实验中，某同学做出的a-$\frac{1}{M}$的关系图线，如图3所示．从图象中可以看出，作用在物体上的恒力F=5N．

Answer 1

分析 （1）根据描点法作出图象；
（2）当拉力大于等于最大静摩擦时，物体开始运动；
（3）实验时要平衡摩擦力，如果平衡摩擦力不够，则图象在F轴上截距不为零，如果过平衡摩擦力，则图象在a轴上截距不为零；
（4）a-$\frac{1}{M}$的关系图线是一条过坐标原点的直线说明物体所受的合力是定值，根据牛顿第二定律F=Ma即可求出恒力的大小．

解答 解：（1）在a-F图象中根据所给的数据描点．用一条直线连接这些点（连接时要让尽可能多得点落在直线上，让其它的点尽可能分布在直线的两侧）．
（2）当拉力大于等于最大静摩擦时，物体开始运动，由上问所得a-F图象可知当拉力等于0.10N时物体开始运动，故最大静摩擦力为0.1N．
（3）由a-F图象可知，图线不过原点，在横轴上有截距；这表明在拉力大到一定程度时，小车才开始运动，
这可能是在实验前没有平衡小车受到的摩擦力，或平衡摩擦力时，木板垫起的倾角太小，平衡摩擦力不够造成的．
（4）解：由于图可知a-$\frac{1}{M}$的关系图线是一条过坐标原点的直线说明物体所受的合力是定值，
由牛顿第二定律得：a=$\frac{1}{M}$F可知，a-$\frac{1}{M}$图象的斜率：k=F=$\frac{△a}{△\frac{1}{M}}=\frac{2}{0.4}$=5N．
故答案为：
（1）如图所示；
（2）0.10；
（3）没有平衡摩擦力或平衡的不够；
（5）5

点评 探究加速度与力、质量的关系实验时，要平衡小车受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不够、或过平衡摩擦力，小车受到的合力不等于钩码的重力，只要真正掌握了实验原理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．