20.小明同學(xué)用所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)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(xì)線拉動小車,細(xì)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(shí)驗(yàn)誤差,你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)中,是否應(yīng)該滿足懸掛的沙桶總質(zhì)量一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系.本次實(shí)驗(yàn)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”)

分析 ①根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理明確實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng),知道應(yīng)平衡摩擦力;
②該實(shí)驗(yàn)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)母叨龋挥檬州p推小車,小車做勻速直線運(yùn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵知道該實(shí)驗(yàn)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.

練習(xí)冊系列答案
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(1)求開關(guān)閉合前,M、N兩板間的電勢差大小U0
(2)求開關(guān)閉合前后,管道兩端壓強(qiáng)差的變化△p;
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④電流表0~3A,內(nèi)阻0.01Ω
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