Question

【題目】圖甲為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器打點的時間間隔用Δt表示.在小車質量未知的情況下,某同學設計了一種方法用來探究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量間的關系”.

(1)實驗步驟：

①平衡小車所受的阻力:先拿下小吊盤,調整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列均勻的點.

②按住小車,掛上帶有適當重物的小吊盤,在小車中放入砝碼.

③接通打點計時器電源,釋放小車,獲得帶有點列的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼質量m.

④按住小車,改變小車中砝碼的質量,重復步驟③.

⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標注一個計數點.測量相鄰計數點的間距s1,s2……求出與不同m相對應的加速度a.

⑥以砝碼的質量m為橫坐標,為縱坐標,在坐標紙上作出關系圖線.

(2)完成下列填空：

①本實驗中,為了保證在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是______________________________.

②某紙帶上三個相鄰計數點的間距為s1、s2和s3．則小車加速度a=__________________（用字母s1、s3和Δt表示）

③圖丙為所得實驗圖線的示意圖.設圖中直線的斜率為k,在縱軸上截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為_______,小車的質量為_______

Answer 1

【答案】小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小于小車和砝碼的總質量

【解析】

①[1]設小車的質量為M，小吊盤和盤中物塊的質量為m，設繩子上拉力為F，以整體為研究對象有：

解得

以小車為研究對象，則有：

當時有，即只有時才可以認為繩對小車的拉力大小等于小吊盤和盤中物塊的重力；

②[2]根據

可得：

又T=5△t，解得：

③[3][4]設小車質量為M，小車受到外力為F，由牛頓第二定律有：

變形得：

則圖象的斜率為

則有：

縱軸截距為

解得：