在研究“物体加速度与力的关系”的实验中,某学习小组使用的实验装置如图所示。轨道木板水平放置,把小车从位移传感器(接收器)旁边释放后,传感器能记录任意时刻小车的位置,据此可求得小车的加速度。(钩码的质量为 m,重力加速度为g)
(1)指出该实验中的一个明显疏漏___ 。
(2)某次实验中,依据传感器的记录,在时间t内,小车由静止开始发生的位移为x则小车的加速度的表达式为a=___________。
(3)纠正了疏漏之处后,保持小车(包含发射器)的总质量为M不变,通过多次实验,依据得到的数据,在a—F图象中描点(如图所示)。结果发现右侧若干个点明显偏离直线,造成此误差的主要原因是:
A.小车与轨道之间存在摩擦
B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大
D.所用小车的质量太大(4)若所挂钩码不断增加,a—F图象中各点连成的曲线将不断延伸,那么加速度的趋向值为______,绳子拉力的趋向值为______。
(1)没有垫起轨道右端,使小车的重力沿轨道的分力与摩擦力相平衡。
(2) ;(3) C ;(4) g , Mg 。
题目分析:(1)本实验是利用控制变量法研究小车的合外力、质量和加速度的关系,测出细绳的拉力作为小车的合外力,故轨道的摩擦力需要平衡掉,实验装置中没有垫起轨道右端,使小车的重力沿轨道的分力与摩擦力相平衡。
(2)由匀变速直线运动的规律:,得:
。
(3)数据处理时,设小车的质量为,钩码的质量为
,则:
,小车的加速度为:
,这是理论值.由牛顿第二定律:
,对于小车个钩码组成的整体:
,这是真实值.所以:只有当
时:
,a与F才成线性关系.,所以图线明显偏离直线的原因是
太大了;选项C正确。
(4)当钩码的质量远小于小车的总质量时,钩码所受的重力才能作为小车所受外力,如果增大钩码的质量,则外力增大,曲线不断延伸,那么加速度趋向为g; F不断增大,那么绳子的拉力趋向值为小车和位移传感器的总重量。