Question

（1）用如圖（甲）所示的 實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力．

①某同學平衡摩擦力時是這樣操作的：將小車靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖（乙），直到小車由靜止開始沿木板向下滑動為止．請問這位同學的操作是否正確？如果不正確，應當如何進行操作？
答：

 

．
②如果這位同學先如①中的操作，然后不斷改變對小車的拉力F，他得到M（小車質(zhì)量）保持不變情況下的a-F圖線是如圖丙中的

 

（填選項代號的字母）．
③調(diào)整好裝置之后，實驗小組進行實驗．設砂和砂桶的總質(zhì)量為M，小車的質(zhì)量為m，則小車在運動過程中受到的合外力表達式F=

 

（用m、M、g表示），分析該表達式可知在滿足

 

的條件下，能減小該實驗的系統(tǒng)誤差．

Answer 1

分析：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，當小車帶動紙帶勻速下滑時說明平衡摩擦力；
（2）正確的a-F圖象應該是過原點的直線，由于平衡摩擦力過度，因此圖象在縱軸上有截距，
（3）根據(jù)牛頓第二定律列出等式求解．

解答：解：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，所以該同學的操作不正確，
正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑．
（2）如果這位同學先如（1）中的操作，導致平衡摩擦力過度，因此當小車上還沒有掛砂和砂桶時，小車應該就已經(jīng)有加速度了，故圖象ABD錯誤，C正確．
故選：C．
（3）設砂和砂桶的總質(zhì)量為M，小車的質(zhì)量為m，則小車在運動過程中根據(jù)牛頓第二定律得：
對于小車：F=ma
對于砂和砂桶：Mg-F=Ma
解得：F=

Mmg

m+M

=

Mg

1+ M m

所以滿足m＞＞M的條件下，小車在運動過程中受到的合外力近似等于砂和砂桶的總重力，能減小該實驗的系統(tǒng)誤差．
故答案為：（1）該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑．（2）C；（3）

Mmg

m+M

，m＞＞M

點評：在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎物理知識在實驗中的應用，加強解決實驗問題的能力．