Question

12．如图所示的装置来探究物体的加速度a和力F、质量m的关系．实验时，小盘和砝码牵引小车，使小车做初速度为零的匀加速运动．

（1）通过改变盘内砝码质量，就可以改变小车所受的合力；
（2）探究加速度a与质量m的关系，应以a为纵坐标、$\frac{1}{m}$为横坐标画出图象，这样就能直观地看出a与m的关系．某同学做出的a-$\frac{1}{m}$的关系图象，如下图所示，从图象中可以看出，作用在物体上的恒力F=5N；当物体的质量为2.5kg时，它的加速度为2m/s²．

Answer 1

分析 （1）实验满足砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量，砝码盘和砝码的重力等于小车所受的合外力．
（2）物体的加速度a与物体质量m的关系图线是曲线，不能确定它们的关系，而加速度a与质量倒数的关系图线是直线，根据牛顿第二定律结合图象斜率的含义求解恒力和加速度．

解答 解：（1）实验满足砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量，砝码盘和砝码的重力等于小车所受的合外力．所以通过改变盘内砝码质量，就可以改变小车所受到的合力．
（2）物体的加速度a与物体质量m的关系图线是曲线，不能确定它们的关系，而加速度a与质量倒数的关系图线是直线，从而可知加速度a与质量m成反比．所以在探究加速度与质量关系时，分别以a为纵坐标、$\frac{1}{m}$为横坐标作图象，这样就能直观地看出其关系．
根据牛顿第二定律得：a=$\frac{F}{m}$，则a-$\frac{1}{m}$图象的斜率表示恒力，即：F=$\frac{2}{0.4}=5N$，
当物体的质量为2.5kg时，它的加速度为：a=$\frac{F}{m}=\frac{5}{2.5}=2m/{s}^{2}$．
故答案为：（1）盘内砝码质量；（2）$\frac{1}{m}$，5，2

点评 本实验在原来的基础上有所创新，根据所学物理知识和实验装置的特点明确实验原理是解答该实验的关键，难度适中．