Question

12．用如图1所示装置做“探究物体的加速度跟物体质量及所受外力的关系”的实验．实验时小车的质量为M，用钩码所受的重力作为小车受到的合力F，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．
（1）实验时先不挂钩码，反复调整垫木的位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡小车受到的摩擦阻力．
（2）图2为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0m/s²．（结果保留两位有效数字）

（3）保持小车质量不变，改变所挂钩码的质量，根据测得的多组数据画出a-F关系图线，如图3所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是C．（选填下列选项的序号）

A．小车与平面轨道之间存在摩擦       B．平面轨道倾斜角度过大
C．所挂钩码的总质量过大             D．所用小车的质量过大
（4）保持所挂钩码的质量不变，改变小车质量M，根据测得的多组数据画出a-$\frac{1}{M}$的关系图象，如图4所示，从图象中可以看出，所挂钩码的重力：F=0.8N．

Answer 1

分析 （1）探究物体加速度与力的关系实验中，要使小车受到的拉力等于钩码的重力，在实验前应平衡摩擦力；
（2）根据纸带数据，由△x=at²可求小车的加速度．
（3）为使绳子拉力近似等于砝码和砝码盘的重力，应满足砝码和砝码盘的质量远小于小车的质量．
（4）根据图象的性质及几何关系可求得F大小，即可明确钩码的重力．

解答 解：（1）实验时绳的下端先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．
（2）计数点间的时间间隔 t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小车的加速度a=$\frac{{x}_{CE}{-x}_{AC}}{{4t}^{2}}=\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）随着力F的增大，即砝码和小盘总质量的增大，不再满足砝码和小盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故C正确；
（4）由牛顿第二定律可知a=$\frac{F}{m}$；故图象中的斜率等于力F；则可知F=$\frac{0.32}{0.4}$=0.8N；
故答案为：（1）平衡小车受到的摩擦阻力  （2）1.0  （3）C   （4）0.8

点评 对于实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去理解．对牛顿第二定律实验中关键明确平衡摩擦力的原因和要求满足砝码总质量远小于小车质量的理由．