Question

在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”活動(dòng)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)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(guò)滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制裝置使兩小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)停止．
（1）在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使

 

；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)軌道是有摩擦的，請(qǐng)你想出兩種解決辦法：①

 

②

 

．
（3）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較兩小車的位移來(lái)比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)?!--BA-->

 

．
（4）實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中小車Ⅰ從圖乙中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，請(qǐng)將測(cè)量結(jié)果填到表中空格處．通過(guò)分析，可知表中第

 

次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯錯(cuò)誤，應(yīng)舍棄．
（5）若想驗(yàn)證加速度與小車質(zhì)量關(guān)系，請(qǐng)你利用本裝置設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，根據(jù)公式可正確進(jìn)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(cuò)誤．

解答：解：（1）在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，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(cè)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(duì)m：mg-F_拉=ma
對(duì)M：F_拉=Ma
解得：F_拉=

mMg

m+M

當(dāng)m＜＜M時(shí)，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(shí)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(jì)動(dòng)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(yùn)動(dòng)
（3）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較兩小車的位移來(lái)比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)閮尚≤噺撵o止開(kāi)始作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等．
（4）兩小車從靜止開(kāi)始作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯錯(cuò)誤，應(yīng)舍棄．
（5）驗(yàn)證加速度與小車質(zhì)量關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
（A）用天平稱出小車的質(zhì)量．
（B）按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材．使帶滑輪長(zhǎng)木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在交流電源，接通電源，放開(kāi)小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，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(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．
（F）分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)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(jì)動(dòng)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(yùn)動(dòng)
（3）兩小車從靜止開(kāi)始作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等
（4）3
（5）（A）用天平稱出小車的質(zhì)量．
（B）按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材．使帶滑輪長(zhǎng)木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把輕繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛砝碼盤．
（D）將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在交流電源，接通電源，放開(kāi)小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，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(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．
（F）分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)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(diǎn)評(píng)：教科書本上的實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
對(duì)于刻度尺讀數(shù)要進(jìn)行估讀．
會(huì)運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律能夠把要測(cè)量的物理量進(jìn)行間接變換測(cè)量．