Question

5．在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖1所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出．
（1）在水平實驗桌上放置一端有定滑輪的長木板，將不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊起的目的是平衡摩擦力．
（2）當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足M?m時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力．
（3）一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地觀測加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與$\frac{1}{M}$的圖象．
（4）如圖2為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線，說明實驗存在的問題是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

Answer 1

分析 （1）實驗時用一端掛重物的繩子跨過定滑輪拉動物體前進(jìn)，重物重力（可測量）近似充當(dāng)物體所受外力，而物體所受摩擦力不好測量，就用平衡摩擦力的方法，將摩擦力平衡掉．
（2）要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力，需求出繩子的拉力，而要求繩子的拉力，應(yīng)先以整體為研究對象求出整體的加速度，再以M為研究對象求出繩子的拉力，通過比較繩對小車的拉力大小和盤和盤中砝碼的重力的大小關(guān)系得出只有m＜＜M時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系．
（4）圖中有拉力時沒有加速度，說明沒有（完全）平衡小車受到的摩擦力．

解答 解：（1）將不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊起的目的是為了平衡摩擦力，使小車受到的合力等于繩子的拉力，
（2）以整體為研究對象有mg=（m+M）a，解得：a=$\frac{mg}{M+m}$，
以M為研究對象有繩子的拉力F=Ma=$\frac{M}{M+m}$mg，
顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
（3）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma，a與M成反比，而反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系，故不能作a-M圖象；
但a=$\frac{F}{M}$，故a與$\frac{1}{M}$成正比，而正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，故應(yīng)作a-$\frac{1}{M}$圖象；
（4）圖中有拉力時沒有加速度，是由于實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）M?m；（3）$\frac{1}{M}$；（4）沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

點評 實驗時需要注意的問題我們可以結(jié)合實驗原理記憶，明確實驗原理是處理實驗題的重中之重，只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學(xué)習(xí)和掌握．