14.如圖所示,一端帶有定滑輪的長木板上固定有甲、乙兩個光電門,與之相連的計時器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運動時間,與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力.不計空氣阻力及一切摩擦.

(1)在探究“合外力一定時,加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時,要使測力計的示數(shù)等于小車所受合外力,操作中必須滿足;要使小車所受合外力一定,操作中必須滿足小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行;沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.實驗時,先測出小車質(zhì)量m,再讓小車從靠近光電門甲處由靜止開始運動,讀出小車在兩光電門之間的運動時間t.改變小車質(zhì)量m,測得多組m、t的值,建立坐標(biāo)系描點作出圖線.下列能直觀得出“合外力一定時,加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是C.

(2)如圖甲,抬高長木板的左端,使小車從靠近光電門乙處由靜止開始運動,讀出測力計的示數(shù)F和小車在兩光電門之間的運動時間t0,改變木板傾角,測得多組數(shù)據(jù),得到的F-$\frac{1}{{t}^{2}}$的圖線如圖乙所示.實驗中測得兩光電門的距離L=0.80m,砂和砂桶的總質(zhì)量m1=0.34kg,重力加速度g取9.8m/s2,則圖線的斜率為0.54kg•m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);若小車與長木板間的摩擦不能忽略,測得的圖線斜率將不變(填“變大”、“變小”或“不變”).

分析 (1)小車受重力,支持力和拉力,小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行,測力計的示數(shù)等于小車所受的合外力
小車從靠近甲光電門處由靜止開始做勻加速運動,位移x=$\frac{1}{2}$at2.位移一定,找出a與t的關(guān)系.
(2)根據(jù)牛頓第二定律求出小車的加速度和合力的關(guān)系,進(jìn)一步求出F和$\frac{1}{{t}^{2}}$的關(guān)系式.

解答 解:(1)小車受重力,支持力和拉力,小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行,測力計的示數(shù)等于小車所受的合外力
要使小車所受合外力一定,操作中必須滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
小車從靠近甲光電門處由靜止開始做勻加速運動,位移x=$\frac{1}{2}$at2
改變小車質(zhì)量m,測得多組m、t的值,所以加速度a=$\frac{2x}{{t}^{2}}$,位移不變,所以a與t2成反比,合外力一定時,加速度與質(zhì)量成反比例”的圖線是C.
(2)小車由靜止開始做勻加速運動,位移L=$\frac{1}{2}$at2
a=$\frac{2L}{{t}^{2}}$
根據(jù)牛頓第二定律,對于沙和沙桶有:F=F-mg=ma
F=m$\frac{2L}{{t}^{2}}$+mg
則圖線的斜率為2mL=0.54kg•m
若小車與長木板間的摩擦不能忽略,k與摩擦力是否存在無關(guān),若小車與長木板間的摩擦不能忽略,如圖3所示測得圖線斜率將不變.如圖3所示測得圖線斜率將不變.
故答案為:(1)小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行;沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量;C
(2)0.54kg•m;不變

點評 本題考查驗證牛頓第二定律的實驗,要注意明確實驗原理,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)利用牛頓第二定律及運動學(xué)公式分析求解即可.

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