Question

如图所示的实验装置可以验证牛顿第二定律，小车上固定盒子，盒子内一个盛有沙子．
（1）验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比
从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中．故系统的总质量不变．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a-F图象，图象是一条过原点的直线．
①a-F图象斜率的物理意义是

 

②你认为把沙桶的总重力，增当作合外力F是否合理？答：

 

（填“合理”或“不合理”）
③本次实验中，是否应该满足悬挂的沙桶总质量一定要远远小于小车（包括盛沙的盒及盒 内的砂）的总质量？答：

 

（填“是”或“否”）；理由是

 

．
（2）验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比
保持桶内沙子质量不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统的所受的合外力不变．用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以哪一个质量的倒数为横轴？
A．小车质量、盒子及盒内沙子质量之和
B．小车质量、盒子及盒内沙子与悬挂的沙桶（包括桶与桶内的沙）质量之和
答：

 

（填“A”或“B”）

Answer 1

分析：（1）该实验研究的对象为系统，保持系统质量不变，沙桶的重力等于系统所受的合力，改变重力即可改变系统所受的合力，从而可探究加速度与合力的关系．
（2）保持桶内沙子质量m不变，即保持系统所受的合力不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，即改变系统的质量，所以研究加速度与质量的关系时，该质量应为系统的质量．

解答：解：（1）①将车内的沙子转移到桶中，就保证了M+m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a=

F

M+m

=

mg

m+M

，
可见a-F图象斜率的物理意义是

1

M+m

，即系统的总质量倒数（小车、盒子及盒内沙子、悬挂的桶以及桶内沙子质量之和倒数）
②把沙桶的总重力，当作合外力F是合理的．
③因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg，所以不需要满足满足悬挂的沙桶总质量一定要远远小于小车（包括盛沙的盒及盒 内的砂）的总质量．
（2）向小车内添加或去掉部分沙子，是改变系统的总质量M+m，而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力mg，保证了合外力不变．所以用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以M+m倒数为横轴，即小车质量、盒子及盒内沙子与悬挂的沙桶（包括桶与桶内的沙）质量之和．故选B．
故本题答案为：（1）①系统的总质量倒数（小车、盒子及盒内沙子、悬挂的桶以及桶内沙子质量之和倒数），②合理
③否，因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg
（2）B

点评：解决本题的关键知道该实验研究的对象是系统，保证系统质量不变，改变合力，可探究加速度和合力的关系．保持合力不变，改变系统质量，可探究加速度与质量的关系．