Question

3．做“验证牛顿第二定律”实验的原理图如图1所示，

（1）实验所需的器材有：附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带和复写纸、低压学生电源、小车、砝码、小桶、砂子、细绳、刻度尺 和天平．
（2）下列说法中正确的是CD
A．平衡摩擦力时，要用细绳把装砂的小桶通过 定滑轮拴在小车上
B．平衡摩擦力后，如果改变了小车上砝码的数量，应重新平衡摩擦力
C．要将小桶和砂子的总重力mg当作质量为M的小车受到的合外力，必须使M＞＞m
D．实验时应先接通电源再释放小车
（3）某学生保持小车及砝码的质量不变，测得5组小车加速度a和拉力F的数据如下表所示，请你根据表中的数据在图2中做出a-F图线．
①该图线没有通过坐标原点的可能原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
②该图线的斜率所表示的物理量是小车质量M的倒数$\frac{1}{M}$．

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 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．要求在什么情况下才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，需求出绳子的拉力，而要求绳子的拉力，应先以整体为研究对象求出整体的加速度，再以M为研究对象求出绳子的拉力，通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
应用描点法作图，根据实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出a-F图象．
实验时要平衡摩擦力，如果平衡摩擦力不够，则图象在F轴上截距不为零，如果平衡摩擦力过度，则图象在a轴上截距不为零．

解答 解：（1）本试验中要通过纸带求解加速度，所以需要刻度尺测量长度，要研究质量与加速度的关系，需要测量小车质量，所以需要天平．
（2）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故A错误；
B、每次改变小车的质量时，小车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错误；
C、小车的质量为M，小桶和砂子的总质量为m，设绳子上拉力为F，
以整体为研究对象有mg=（m+M）a
解得a=$\frac{mg}{m+M}$，
则绳子的拉力T=Ma=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小桶和砂子的总重力．故C正确；
D、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．故D正确；
故选：CD．
（3）在a-F图象中根据所给的数据描点．②用一条直线连接这些点（连接时要让尽可能多得点落在直线上，让其它的点尽可能分布在直线的两侧）．
所以a-F图象如图所示．

①由a-F图象可知，图线不过原点，在横轴上有截距；这表明在拉力大到一定程度时，小车才开始运动，
这可能是在实验前没有平衡小车受到的摩擦力，或平衡摩擦力时，木板垫起的倾角太小，平衡摩擦力不够造成的．
②根据a=$\frac{F}{M}$知，图线的斜率表示小车质量M的倒数$\frac{1}{M}$．
故答案为：（1）刻度尺；天平
（2）CD
（3）如图
①没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
②小车质量M的倒数$\frac{1}{M}$

点评 只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．
探究加速度与力、质量的关系实验时，要平衡小车受到的摩擦力，不平衡摩擦力、或平衡摩擦力不够、或过平衡摩擦力，小车受到的合力不等于钩码的重力．