Question

在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”活動中，某小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置．圖中
上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止．
（1）在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使

 

；在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量

 

小車的質(zhì)量（選填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”、“等于”），這樣小車受到的拉力在數(shù)值上等于

 

．
（2）其實軌道是有摩擦的，請你想出兩種解決辦法：①

 

②

 

．
（3）本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為

 

．
（4）實驗中獲得數(shù)據(jù)如下表所示：
小車Ⅰ、Ⅱ的質(zhì)量m均為200g．

實驗次數(shù)	小車	拉力F/N	位移s/cm
1	Ⅰ	0.1
	Ⅱ	0.2	46.51
2	Ⅰ	0.2	29.04
	Ⅱ	0.3	43.63
3	Ⅰ	0.3	41.16
	Ⅱ	0.4	44.80
4	Ⅰ	0.4	36.43
	Ⅱ	0.5	45.56

在第1次實驗中小車Ⅰ從圖乙中的A點運動到B點，請將測量結(jié)果填到表中空格處．通過分析，可知表中第

 

次實驗數(shù)據(jù)存在明顯錯誤，應(yīng)舍棄．
（5）若想驗證加速度與小車質(zhì)量關(guān)系，請你利用本裝置設(shè)計一實驗過程：

Answer 1

分析：軌道光滑，為了使繩子的拉力大小等于小車所受的合外力，實驗操作中要使小車與滑輪之間的細(xì)線與軌道平行；為了使砝碼盤和砝碼的重力等于小車所受的合外力，實驗應(yīng)該滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；兩小車均做初速度為零的勻加速直線運動，根據(jù)公式可正確進行推導(dǎo)；
根據(jù)位移應(yīng)該與加速度成正比，由此可判斷那組數(shù)據(jù)存在明顯錯誤．

解答：解：（1）在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線與軌道平行（或水平），如果細(xì)線不保持水平，那么小車的合力就不等于繩子的拉力，小車的合力就不能正確測量．
設(shè)小車的質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律得：
對m：mg-F_拉=ma
對M：F_拉=Ma
解得：F_拉=

mMg

m+M

當(dāng)m＜＜M時，即當(dāng)砝碼盤和砝碼的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼盤和砝碼的總重力．
（2）其實軌道是有摩擦的，兩種解決辦法①由速度和力傳感器可以得到多組不同的加速度a、力F的值，可以不計動滑輪的質(zhì)量，也不需要砝碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．②調(diào)節(jié)軌道傾角，不掛砝碼使小車受到的重力沿軌道向下的分力抵消阻力，小車做勻速運動
（3）本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等．
（4）兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等，所以兩小車的位移之比等于加速度之比，即位移與所受合外力成正比，所以拉力之比應(yīng)該近似等于位移之比，從實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)第3次實驗數(shù)據(jù)存在明顯錯誤，應(yīng)舍棄．
（5）驗證加速度與小車質(zhì)量關(guān)系，實驗過程：
（A）用天平稱出小車的質(zhì)量．
（B）按圖裝好實驗器材．使帶滑輪長木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點計時器接在交流電源，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量．
（E）保持砝碼盤和砝碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實驗．
（F）分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值．
（G）作a-

1

M

關(guān)系圖象，并由圖象確定a、M關(guān)系
故答案為：（1）細(xì)線與軌道平行（或水平），遠(yuǎn)小于，砝碼盤和砝碼的總重力
（2）①由速度和力傳感器可以得到多組不同的加速度a、力F的值，可以不計動滑輪的質(zhì)量，也不需要砝碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
②調(diào)節(jié)軌道傾角，不掛砝碼使小車受到的重力沿軌道向下的分力抵消阻力，小車做勻速運動
（3）兩小車從靜止開始作勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等
（4）3
（5）（A）用天平稱出小車的質(zhì)量．
（B）按圖裝好實驗器材．使帶滑輪長木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點計時器接在交流電源，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量．
（E）保持砝碼盤和砝碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實驗．
（F）分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值．
（G）作a-

1

M

關(guān)系圖象，并由圖象確定a、M關(guān)系

點評：教科書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
對于刻度尺讀數(shù)要進行估讀．
會運用勻變速直線運動規(guī)律能夠把要測量的物理量進行間接變換測量．