Question

2．如图（a）是“验证牛顿第二定律”的实验装置，小车及车中砝码的总质量M远大于盘及盘中砝码总质量m，实验中用盘及盘中砝码的总重力作为小车所受外力．甲、乙两组同学分别独立完成这一实验，并根据测量数据做出了如图（b）所示的a-F图象，

（1）甲组同学所得图象不过坐标原点的原因可能是平衡摩擦力过度；
（2）甲、乙两组同学实验时，M取值较大的是？乙（选填“甲”或“乙”）；
（3）利用该实验装置，还可以对其它高中物理实验进行研究，请试举一例探究匀变速运动的规律或外力做功与物体动能变化的关系．

Answer 1

分析 在探究加速度与力、质量的关系时，应平衡摩擦力，平衡摩擦力时如果木板垫得过高，平衡摩擦力过度，小车受到的合力大于拉力，a-F图象在a轴上有截距；如果没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车受到的合力小于拉力，a-F图象在F轴上有截距．根据牛顿第二定律F=Ma，得$a=\frac{1}{M}F$，故a-F的斜率表示质量的倒数，比较斜率大小，可知质量的大小．

解答 解：（1）图线不通过坐标原点，F为零时，加速度不为零，说明平衡摩擦力时垫的过高，即平衡摩擦力过度．
（2）根据牛顿第二定律F=Ma，得$a=\frac{1}{M}F$，故a-F的斜率表示质量的倒数，乙的斜率较小，故其质量M较大．
（3）利用该实验装置，还可以对其它高中物理实验进行研究，例如探究匀变速运动的规律或外力做功与物体动能变化的关系等．
故答案为：（1）平衡摩擦力过度；（2）乙；（3）探究匀变速运动的规律或外力做功与物体动能变化的关系．

点评 解决本题的关键理解实验的原理，知道当m的质量远小于M的质量，m的重力可以认为等于M所受的合力．