Question

19．如圖甲所示的實驗裝置可以用來研究加速度與力的關(guān)系．實驗中用到了兩個位移傳感器，兩位移傳感器分別裝有發(fā)射器和接收器，裝有發(fā)射器的位移傳感器放在運動的滑塊上，固定于長木板上的位移傳感器的接收器與計算機(jī)相連，即可通過計算機(jī)得到滑塊加速度的具體值．實驗中通過增加砝碼的數(shù)量，多次測量，可得滑塊運動的加速度a合滑塊所受拉力F的關(guān)系圖象如圖乙所示．已知g=10m/s²，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．
（1）a-F圖象不過原點，表明測量之前缺少的一個必要操作是平衡摩擦力．
（2）由實驗得到的a-F圖象可以計算出滑塊的質(zhì)量m=0.25kg；滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ=0.05．
（3）隨著所掛砝碼數(shù)量增加，拉力F越來越大，a-F圖象中圖線不斷延伸，后半段將會發(fā)生彎曲，請預(yù)測圖線將向橫軸（選填“橫軸”或“縱軸”）一側(cè)彎曲．

Answer 1

分析 （1）實驗前要平衡摩擦力，如果不平衡摩擦力，a-F圖象在F軸上將有截距．
（2）應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達(dá)式，然后根據(jù)圖象的函數(shù)表達(dá)式求出質(zhì)量與動摩擦因數(shù)．
（3）隨砝碼質(zhì)量增加，滑塊受到的拉力明顯小于鉤碼的重力，圖線將向F軸彎曲．

解答 解：（1）由于實驗前沒有平衡摩擦力，小車受到的合力小于細(xì)線的拉力，當(dāng)拉力達(dá)到一定值時才產(chǎn)生加速度，a-F圖線在F軸上有截距．
（2）由牛頓第二定律得：a=$\frac{F-μmg}{m}$=$\frac{1}{m}$F-μg，a-F圖線的斜率：k=$\frac{1}{m}$=$\frac{2}{0.5}$=4，滑塊質(zhì)量：m=$\frac{1}{k}$=0.25kg，圖線橫軸截距：b=μg=0.5，動摩擦因數(shù)：μ=$\frac{g}$=$\frac{0.5}{10}$=0.05；
（3）隨著所掛砝碼數(shù)量增加，拉力F越來越大，滑塊受到的拉力明顯小于砝碼的重力，a-F圖象中圖線不斷延伸，后半段將會發(fā)生彎曲，測圖線將向橫軸彎曲．
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）0.25kg；0.05；（3）橫軸．

點評 探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系要平衡摩擦力，應(yīng)用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達(dá)式是求出滑塊質(zhì)量與動摩擦因數(shù)的前提與關(guān)鍵；要理解實驗原理，掌握實驗注意事項．