Question

13．在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如图1所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示．
（1）实验备有下列器材：打点计时器，低压交流电源，纸带和复写纸，导线，细线，小车，砝码和小盘，带滑轮的长木板，刻度尺．天平．（填写主要仪器）
（2）某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是B．
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a=mg/M求出
（3）另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a-F关系图象分别如图2和图3所示，其原因分别是：
图2：没有满足m＜＜M；
图3：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
（4）图4是用纸带拖动小车用打点计时器测定匀变速运动的加速度打出的一条纸带．A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的记数点．相邻计数点的时间间隔为0.1秒．试求：
①打点计时器打下B、D点时小车的即时速度，V_B=0.26m/s；V_D=0.34m/s；
②小车的加速度a=0.4m/s²．

Answer 1

分析 （1）根据实验原理与实验器材确定还需要的实验器材．
（2）实验前应平衡摩擦力，平衡摩擦力后在实验过程中不需要再平衡摩擦力，实验时应先接通电源然后再放开小车．
（3）当盘及盘中砝码的总质量远小于小车及砝码总质量时，可以认为小车受到的拉力等于盘及砝码的重力．平衡摩擦力时，不能挂盘；实验过程中，应保证绳和纸带与木板平行；小车的加速度应由纸带求出．
（4）应用匀变速直线运动的推论求出瞬时速度，应用加速度的定义式求出加速度．

解答 解：（1）实验需要测量小车质量、砝码和盘的质量，测量质量需要用天平，因此还需要的器材为：天平．
（2）A、平衡摩擦力时，不能将及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上．故A错误．
B、改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力．故B正确．
C、实验时，先接通电源，再释放小车．故C错误．
D、小车运动的加速度通过纸带求出，不能通过a=$\frac{mg}{M}$求出．故D错误．故选：B．
（3）由图2所示图象可知，随着F的增大，即砝码和盘的质量增大，不再满足砝码和盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．
由图3所示图象可知，F大于零时，加速度为零，知没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力时长木板的倾角过小．
（4）①打点计时器打下B点时小车的即时速度：V_B=$\frac{AC}{2t}$=$\frac{0.05200}{2×0.1}$=0.26m/s；
打点计时器打下D点时小车的即时速度：V_D=$\frac{CE}{2t}$=$\frac{0.12000-0.05200}{2×0.1}$=0.34m/s；
②小车的加速度a=$\frac{{v}_{D}-{v}_{B}}{2t}$=$\frac{0.34-0.26}{2×0.1}$=0.4m/s²．
故答案为：（1）天平；（2）B；（3）没有满足m＜＜M；没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；（4）①0.26；0.34；②0.4．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，注意实验的条件是：砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，此时才有绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．