在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如下图(a)所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，砂和砂桶的质量用m表示． (交流电的频

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在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如下图(a)所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，砂和砂桶的质量用m表示． (交流电的频率为50Hz)

(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为　　　m/s²(保留两位有效数字)
(2)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力．
(3)在实验中，由于没有注意始终满足（2）的条件，结果得到的图象应是图中的(　　)

(4)某一组同学先保持砂和砂桶的质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是________．

A．平衡摩擦力时，应将砂和砂桶用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源

D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式

求出

答案

(1) 3.2 m／s² (2) M＞＞m (3) D （4） B

解析

试题分析：（1）在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即

，又计数点间的时间间隔

，所以小车的加速度大小为

(2) 绳子对小车的拉力大小为T，对小车及车中的砝码，根据牛顿第二定律有：

；对砂和砂桶，根据牛顿第二定律有：

，联立以上两式解得：

，当

时，

，所以当M与m的大小关系满足

时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力．
(3)由(2)中两式联立解得：

，当

时，

，此时a与

成正比，为线性关系，当不能满足

这个条件时，有

，若M减小，a减小，图线的斜率减小，故选D．
(4) 平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故C错误；小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式

求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，故D错误．所以选B．

举一反三

在验证牛顿运动定律的实验中有如图（a）所示的装置，小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连.开始时，小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离.启动计时器，释放重物，小车在重物牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离.打点计时器使用的交流电频率为50Hz. 图（b）中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如图箭头所示.

(1)根据所提供的纸带和数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为 m/s²（计算结果保留两位有效数字）.
(2) 打a段纸带时，小车的加速度是2.5m/s²，请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的两点之间.
(3) 若重力加速度取

，由纸带数据可推算出重物m与小车的质量M比为m:M= .

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（18分）（1）用如图（甲）所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力．

①某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图（乙），直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止．请问这位同学的操作是否正确？如果不正确，应当如何进行？答：．
②如果这位同学先如①中的操作，然后不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的a—F图线是下图中的（填选项代号的字母）．