Question

15．用如图1所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，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，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡摩擦力．
（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2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=1.0 m/s²．（结果保留两位有效数字）
（3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．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．

Answer 1

分析 （1）为了使绳子的拉力等于小车的合力，需平衡摩擦力；
（2）根据连续相等时间内的位移之差，运用逐差法求出加速度的大小；
（3）为使绳子拉力近似等于钩码的重力，应满足钩码的质量远小于小车的质量．

解答 解：（1）实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡摩擦力．
（2）根据△x=aT²，运用逐差法得：a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}=\frac{0.2160-0.0879-0.0879}{0.04}$=1.0m/s²．
（3）随着力F的增大，即钩码质量的增大，不再满足钩码的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故ABD错误，C正确；
故选：C．
故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）1.0；（3）C

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．