Question

在探究物体的加速度与合外力的关系实验中：

甲同学用图甲装置：保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力mg作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a．

(1)关于实验操作，下列说法正确的是________．

A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑

C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力

D．实验时应先释放小车，后接通打点计时器电源

(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点时间间隔为T，测出各计数点间的距离x₁，x₂，x₃，x₄．该同学用逐差法得到小车加速度的表达式a＝________．

(3)改变细线下端钩码的个数，得到a－F图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的主要原因是_____．

A．平衡摩擦力过度             

B．平衡摩擦力不够

C．没有满足M >>m的条件       

D．描点连线不够准确

乙同学利用测力计测细线拉力，为方便读数设计如下图实验装置：装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上，用右端固定一个滑轮的滑块代替小车，钩码弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动．

        

(4)读出弹簧测力计的示数F，处理纸带，得到滑块运动的加速度a；改变钩码个数，重复实验．以弹簧测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到的图象是纵轴截距为b，斜率为k的一条倾斜直线，如图所示．已知重力加速度为g，忽略滑轮与绳之间的摩擦．根据以上条件可计算出滑块和木板之间的动摩擦因数μ＝________，滑块和与滑块固定的定滑轮的总质量M=________（要求（4）问中两个空均用b、k、g中的字母表示）．

Answer

（1）A （2） （3）C （4） 2k

【解析】

（1）调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；  由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ，故tanθ=μ．所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量即改变拉小车拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误； 实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，故D错误；故选A.
（2）已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s．
根据△x=aT2可得：xCE-xAC=a（2T）2，小车运动的加速度为a=．
（3）随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足M＞＞m，因此曲线上部出现弯曲现象，故选C．

（4）滑块受到的拉力T为弹簧秤示数的两倍，即：T=2F
滑块受到的摩擦力为：f=μMg
由牛顿第二定律可得：T-f=Ma
解得力F与加速度a的函数关系式为：

由图象所给信息可得图象截距为：b= ；而图象斜率为k=
解得：M=2k；μ=；