Question

某学习小组用如图甲所示的实验装置来探究“小车加速度与合外力的关系”，并用此装置测量轨道与小车之间的动摩擦因数。实验装置中的微型力传感器质量不计，水平轨道表面粗糙程度处处相同，实验中选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮。实验中保持小车和位移传感器（发射器）的总质量不变，小车和位移传感器（发射器）的加速度由位移传感器（接收器）及与之相连的计算机得到。多次改变重物的质量进行实验得小车和位移传感器（发射器）的加速度与力传感器的示数的关系图象如图乙所示。重力加速度取。

 

(1)用该实验装置测量小车与水平轨道间的动摩擦因数时，下列选项中必须要做的一项实验要求是______（填写选项对应字母）

A.要使重物的质量远远小于小车和位移传感器（发射器）的总质量

B.要将轨道的一端适当垫高来平衡摩擦力

C.要使细线与水平轨道保持平行

D.要将力传感器的示数作为小车所受的合外力

(2)根据图象乙可知该水平轨道的摩擦因数______（用分数表示）。

(3)该学习小组用该装置来验证“小车和位移传感器（发射器）质量不变情况下，小车和位移传感器（发射器）的加速度与作用在小车上的拉力成正比”，那么应该将轨道斜面调整到_____（用角度表示）。

Answer

C

【解析】

（1）[1]小车所受到的水平拉力即为力传感器的示数，由图象可知当，小车开始有加速度，即摩擦力为5N，由牛顿第二定律可知：

，

得：

，

所以既不需要使重物的质量远远小于小车和位移传感器（发射器）的总质量，也不需要将轨道的一端适当垫高来平衡摩擦力，选项ABD错误；实验中保持细线与轨道平行时，小车和位移传感器（发射器）所受的拉力为力传感器的示数，选项C正确。故选：C。

（2）[2]选小车和位移传感器（发射器）为研究对象，由牛顿第二定律可得

，

即

，

由图乙可知图象的斜率，即

，

得：

，

由时可解得：

；

（3）[3]若要验证“小车和位移传感器（发射器）质量不变情况下，小车和位移传感器（发射器）的加速度与作用在小车上的拉力成正比”要将轨道一端垫高来平衡摩擦力。对小车和位移传感器（发射器）受力分析可得：

，

即

，

所以

。