Question

20．小明同學(xué)用所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律，一端固定有定滑輪的長木板水平放在桌面上，沙桶通過繞過定滑輪的細線拉動小車，細線與長木板平行，小車上固定盒子，盒子內(nèi)盛有沙子．
①她想用砂和砂桶的重力表示系統(tǒng)（小車、盒子及盒內(nèi)沙子、懸掛的桶以及桶內(nèi)沙子）受到的合外力，為了減少這種做法帶來的實驗誤差，你認為實驗中還應(yīng)該采取的措施是：把木板的末端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?br />②驗證在系統(tǒng)質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度．本次實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中．故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a-F圖象，圖象是一條過原點的直線．a(chǎn)-F圖象斜率的物理意義是系統(tǒng)的總質(zhì)量（小車、盒子及盒內(nèi)沙子、懸掛的桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量之和）的倒數(shù)
本次實驗中，是否應(yīng)該滿足懸掛的沙桶總質(zhì)量一定要遠遠小于小車（包括盛沙的盒及盒內(nèi)的砂）的總質(zhì)量？答：否（填“是”或“否”）；理由是因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg
③驗證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系．本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)的所受的合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以哪一個質(zhì)量的倒數(shù)為橫軸？
A．小車質(zhì)量、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量之和
B．小車質(zhì)量、盒子及盒內(nèi)沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內(nèi)的沙）質(zhì)量之和
答：B（填“A”或“B”）

Answer 1

分析 ①根據(jù)實驗原理明確實驗中的注意事項，知道應(yīng)平衡摩擦力；
②該實驗研究的對象為系統(tǒng)，保持系統(tǒng)質(zhì)量不變，沙桶的重力等于系統(tǒng)所受的合力，改變重力即可改變系統(tǒng)所受的合力，從而可探究加速度與合力的關(guān)系．
保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，即保持系統(tǒng)所受的合力不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，即改變系統(tǒng)的質(zhì)量，所以研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，該質(zhì)量應(yīng)為系統(tǒng)的質(zhì)量．

解答 解：①由于小車受到摩擦力的作用；故應(yīng)先平衡摩擦力；方法是將木板的末端墊起適當(dāng)?shù)母叨�；用手輕推小車，小車做勻速直線運動；
②將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M+m不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對象是整個系統(tǒng)，a=$\frac{F}{M+m}$=$\frac{mg}{m+M}$，
可見a-F圖象斜率的物理意義是$\frac{1}{M+m}$，即系統(tǒng)的總質(zhì)量倒數(shù)（小車、盒子及盒內(nèi)沙子、懸掛的桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量之和倒數(shù)）
③因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg，所以不需要滿足滿足懸掛的沙桶總質(zhì)量一定要遠遠小于小車（包括盛沙的盒及盒 內(nèi)的砂）的總質(zhì)量．
（2）向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量M+m，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變．所以用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以M+m倒數(shù)為橫軸，即小車質(zhì)量、盒子及盒內(nèi)沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內(nèi)的沙）質(zhì)量之和．故選B．
故本題答案為：①把木板的末端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?br />②系統(tǒng)的總質(zhì)量（小車、盒子及盒內(nèi)沙子、懸掛的桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量之和）的倒數(shù)
否，因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg
③B

點評 解決本題的關(guān)鍵知道該實驗研究的對象是系統(tǒng)，保證系統(tǒng)質(zhì)量不變，改變合力，可探究加速度和合力的關(guān)系．保持合力不變，改變系統(tǒng)質(zhì)量，可探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．