问题 问答题

如图一所示是某同学探究小车加速度与力的关系的实验装置,他将光电门固定在水平轨道上的B点,用不同重物通过细线拉同一小车,每次小车都从同一位置A由静止释放.

(1)若用游标卡尺测出遮光条的宽度d,实验时将小车从图二所示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t,则小车经过光电门时的速度为v=______;

(2)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等,则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为______;

(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间△t,通过描点作出线性图象,研究小车加速度与力的关系.处理数据时应作出______图象.

A.△t-m    B.△t2-m  C.

1
△t
-m    D.
1
t2
-m

(4)某同学在(3)中作出的线性图象不通过坐标原点,其原因是______•

答案

(1)匀加速直线运动中可以用平抛速度代替瞬时速度,所以小车经过光电门时的速度为v=

d
△t

(2)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.那么小车的合力怎么改变和测量呢?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=ma

对M:F=Ma

解得:F=

mMg
m+M
=
mg
1+
m
M

当M>>m时,即当重物重力要远小于小车的重力,绳子的拉力近似等于重物的总重力.

(3)由题意可知,该实验中保持小车质量M不变,因此有:v2=2as,a=

v2
2s
=
(
d
△t
)
2
2s
=
d2
2s(△t)2
,而a=
F
M
=
mg
M
,所以
1
(△t)2
=
2gs
d2M
m

所以要画出

1
t2
-m

故选D

(4)开始当小车挂上重物时,加速度却为零,线性图象不通过坐标原点,故导致图象不过原点的原因是木板倾角偏小.即说明操作过程中没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足.

故答案为:(1)

d
△t
    (2)m远小于M   (3)D  (4)没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足.

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