Question

3．做“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖1所示，

（1）實(shí)驗(yàn)所需的器材有：附有定滑輪的長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶和復(fù)寫紙、低壓學(xué)生電源、小車、砝碼、小桶、砂子、細(xì)繩、刻度尺 和天平．
（2）下列說法中正確的是CD
A．平衡摩擦力時(shí)，要用細(xì)繩把裝砂的小桶通過 定滑輪拴在小車上
B．平衡摩擦力后，如果改變了小車上砝碼的數(shù)量，應(yīng)重新平衡摩擦力
C．要將小桶和砂子的總重力mg當(dāng)作質(zhì)量為M的小車受到的合外力，必須使M＞＞m
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源再釋放小車
（3）某學(xué)生保持小車及砝碼的質(zhì)量不變，測(cè)得5組小車加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示，請(qǐng)你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖2中做出a-F圖線．
①該圖線沒有通過坐標(biāo)原點(diǎn)的可能原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．
②該圖線的斜率所表示的物理量是小車質(zhì)量M的倒數(shù)$\frac{1}{M}$．

F（N）	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
a （m/s2）	0.10	0.21	0.29	0.32	0.49

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．要求在什么情況下才可以認(rèn)為繩對(duì)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(duì)象求出整體的加速度，再以M為研究對(duì)象求出繩子的拉力，通過比較繩對(duì)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(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．
應(yīng)用描點(diǎn)法作圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作出a-F圖象．
實(shí)驗(yàn)時(shí)要平衡摩擦力，如果平衡摩擦力不夠，則圖象在F軸上截距不為零，如果平衡摩擦力過度，則圖象在a軸上截距不為零．

解答 解：（1）本試驗(yàn)中要通過紙帶求解加速度，所以需要刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，要研究質(zhì)量與加速度的關(guān)系，需要測(cè)量小車質(zhì)量，所以需要天平．
（2）A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，是小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)．故A錯(cuò)誤；
B、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故B錯(cuò)誤；
C、小車的質(zhì)量為M，小桶和砂子的總質(zhì)量為m，設(shè)繩子上拉力為F，
以整體為研究對(duì)象有mg=（m+M）a
解得a=$\frac{mg}{m+M}$，
則繩子的拉力T=Ma=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，顯然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于小桶和砂子的總重力．故C正確；
D、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．故D正確；
故選：CD．
（3）在a-F圖象中根據(jù)所給的數(shù)據(jù)描點(diǎn)．②用一條直線連接這些點(diǎn)（連接時(shí)要讓盡可能多得點(diǎn)落在直線上，讓其它的點(diǎn)盡可能分布在直線的兩側(cè)）．
所以a-F圖象如圖所示．

①由a-F圖象可知，圖線不過原點(diǎn)，在橫軸上有截距；這表明在拉力大到一定程度時(shí)，小車才開始運(yùn)動(dòng)，
這可能是在實(shí)驗(yàn)前沒有平衡小車受到的摩擦力，或平衡摩擦力時(shí)，木板墊起的傾角太小，平衡摩擦力不夠造成的．
②根據(jù)a=$\frac{F}{M}$知，圖線的斜率表示小車質(zhì)量M的倒數(shù)$\frac{1}{M}$．
故答案為：（1）刻度尺；天平
（2）CD
（3）如圖
①?zèng)]有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠
②小車質(zhì)量M的倒數(shù)$\frac{1}{M}$

點(diǎn)評(píng) 只要真正掌握了實(shí)驗(yàn)原理就能順利解決此類實(shí)驗(yàn)題目，而實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都與實(shí)驗(yàn)原理有關(guān)，故要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和掌握．
探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，要平衡小車受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不夠、或過平衡摩擦力，小車受到的合力不等于鉤碼的重力．