为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图(a)所示的实验装置,其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的总质量,m0为滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
(1)实验时,一定要进行的操作是________。
A.用天平测出砂和砂桶的总质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数
D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M
(2)甲同学在实验中得到如图(b)所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为______ m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的aF图线是一条直线,如图(c)所示,图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量M=________。
(4)乙同学根据测量数据作出如图(d)所示的aF图线,该同学做实验时存在的问题是___________。
(1)BC (2)2.00 (3)C (4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
【解析】:(1)验证牛顿第二定律F=Ma,实验中有力传感器,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,故不需要使砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M,A、D错误。为了保证合力是力传感器的读数,故需要平衡摩擦力,B正确。实验先接通电源,后释放小车,该实验还需要记录力传感器的示数,C正确。
(2)有匀变速直线运动规律可得,
(3)由牛顿第二定律得:a=F,图线的斜率k=,故小车的质量M=-m0,故C正确。
(4)由图线在F轴上有横轴截距,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的。
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质量为M的木块位于粗糙水平桌面上,若用大小为F的水平恒力拉木块,其加速度为a.当拉力方向不变,大小变为2F时,木块的加速度为a',则
A.a'=a B.a'<2a C.a'>2a D.a'=2a