Question

12．如圖所示為用速度傳感器探究小車獲得的速度與小車受到的合力及運(yùn)動(dòng)位移關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置：該小組設(shè)計(jì)的思路是將小車從A位置由靜止釋放，用速度傳感器測(cè)出小車獲得的速度．實(shí)驗(yàn)分兩步進(jìn)行：一是保持砂和砂桶的質(zhì)量不變，改變速度傳感器B與A位置的距離，探究小車獲得的速度與小車運(yùn)動(dòng)位移的關(guān)系；二是保持速度傳感器的位置不變，改變砂和砂桶的質(zhì)量，探究小車獲得的速度與小車所受合力的關(guān)系：
（1）實(shí)驗(yàn)中在探究三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，采用的物理方法是控制變量法．
（2）在探究小車獲得的速度v與小車運(yùn)動(dòng)位移x的關(guān)系時(shí)，測(cè)出多組v、x的數(shù)據(jù)后作出的v²-x圖象的形狀是直線．（填“直線”或“曲線”）
（3）在探究小車獲得的速度與小車所受合力的關(guān)系時(shí)，要使砂和砂桶的重力等于小車受到的合力需要采取什么措施？平衡摩擦力，將木板墊起，使小車不掛砂筒時(shí)，能做勻速直線運(yùn)動(dòng)；砂和砂筒的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)探究三個(gè)物理量，從而采用控制其中一個(gè)量不變，來確定另兩個(gè)量的關(guān)系；
（2）根據(jù)動(dòng)能定理，結(jié)合圖象的含義，即可求解；
（3）小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；其次：設(shè)小車加速度為a，則：繩上的力為F=Ma，對(duì)鉤碼來說：mg-Ma=ma，即：mg=（M+m）a，如果用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，則Ma=（M+m）a，必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量．

解答 解：（1）在研究物體的“加速度、作用力和質(zhì)量”三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，由于變量較多，因此采用了“控制變量法”進(jìn)行研究，分別控制一個(gè)物理量不變，看另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系；
（2）根據(jù)動(dòng)能定理，則有：$\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}=mgx-μMgx$；
解得：${v}^{2}=\frac{2（mg-μMg）}{M+m}x$
那么作出的v²-x圖象的形狀是直線；
（3）小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
其次：設(shè)小車質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，整體的加速度為a，繩上的拉力為F，則：對(duì)小車有：F=Ma；對(duì)鉤碼有：mg-F=ma，即：mg=（M+m）a；
如果用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，則要求：Ma=（M+m）a，必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量，這樣兩者才能近似相等．
故答案為：（1）控制變量法； （2）直線；（3）平衡摩擦力，將木板墊起，使小車不掛砂筒時(shí)，能做勻速直線運(yùn)動(dòng)；砂和砂筒的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 在學(xué)習(xí)物理過程中掌握各種研究問題的方法是很重要的，要了解各種方法在物理中的應(yīng)用；
要明確此題在驗(yàn)證牛頓第二定律用到的原理，圍繞原理，記憶需要測(cè)量的物理量及實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)，同時(shí)掌握控制變量法的思路．