Question

小明在实验室采用如图1所示装置探究“物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系”时，设小车及车中的砝码的总质量为M，砂及砂桶的总质量为m．

（1）在做该实验时，小明将砂及砂桶的重力视为绳子对小车的拉力大小，他这样认为的条件是

 

；
（2）小明做该实验的具体操作步骤如下，以下做法正确的是

 

A．平衡摩擦力时，应将砂及砂桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a=

mg

M

求出
（3）若保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于操作不当，得到的a-F关系图象如图2所示．其原因是

 

．

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．
该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要．

解答：解：（1）该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究．当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系．为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板D的左端适当垫高，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．
根据牛顿第二定律得：对m：mg-F_拉=ma，对M：F_拉=Ma，解得：F_拉=

mMg

m+M

=

mg

1+ m M

；
当M＞＞m时，即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．
（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正确．
C、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C错误．
D、小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a=

mg

M

求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系．故D错误．
故选：B．
（3）图2中当盘及盘中砝码质量较大时，a-F图象发生弯曲，这是由于没有保证小车质量远大于盘及盘中砝码质量造成的．
故答案为：（1）m＜＜M；（2）B；（3）小车质量没有远大于盘及盘中砝码的质量．

点评：教科书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．