Question

【題目】某同學用如圖所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律

（1）下列說法正確的是_________（選填字母代號）

A．每次改變小車質量時，應重新平衡摩擦力

B．實驗時應先釋放小車后接通電源

C．調節滑輪的高度，使細線與木板平行

D．實驗中小車的加速度越大越好

（2）在實驗中，得到一條如圖所示的紙帶，已知相鄰計數點間的時間間隔為T＝0.1 s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，則小車的加速度a＝________ m/s2。(結果保留兩位有效數字)

（3）消除小車與水平木板之間摩擦力的影響后，可用盤和重物總重力代替小車所受的拉力，此時盤和重物質量m與小車和車上砝碼總質量M之間應滿足的關系為_______________；

(4)有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度a與所受外力F的關系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖所示。圖線______是在軌道傾斜情況下得到的(填“①”或“②”)；小車及車中砝碼的總質量M＝______ kg。

Answer 1

【答案】(1)C (2)0.34 (3)m遠小于M (4)① 0.5

【解析】

（1）平衡摩擦力時滿足mgsinθ=μmgcosθ，兩邊的質量m消掉了，則每次改變小車質量時，不必重新平衡摩擦力，選項A錯誤；實驗時應先接通電源后釋放小車，選項B錯誤；調節滑輪的高度，使細線與木板平行，選項C正確；實驗中小車的加速度不是越大越好，加速度太大，紙帶打的點太少，不利于測量，故D錯誤；故選C.

（2）由勻變速運動的規律得：
x4-x1=3aT2
x5-x2=3aT2
x6-x3=3aT2
聯立得：（x4+x5+x6）-（x1+x2+x3）=9aT2
解得：a=m/s2=0.34m/s2。

（3）設小車加速度為a，對小車：F=Ma
對重物：F-mg=ma
聯立解得： ，所以重物的質量m應遠小于小車的質量M時可以用盤和重物總重力mg代替小車所受的拉力F；

（4）由圖象可知，當F=0時，a≠0．也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高。所以圖線①是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的。根據F=Ma得a-F圖象的斜率k=1/M，由a-F圖象得圖象斜率k=2，所以M=0.5kg。