Question

如圖所示的實驗裝置可以驗證牛頓第二定律，小車上固定盒子，盒子內一個盛有沙子．
（1）驗證在質量不變的情況下，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的加速度．本次實驗中，桶內的沙子取自小車中．故系統的總質量不變．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．
①a-F圖象斜率的物理意義是

 

②你認為把沙桶的總重力，增當作合外力F是否合理？答：

 

（填“合理”或“不合理”）
③本次實驗中，是否應該滿足懸掛的沙桶總質量一定要遠遠小于小車（包括盛沙的盒及盒 內的砂）的總質量？答：

 

（填“是”或“否”）；理由是

 

．
（2）驗證在合外力不變的情況下，加速度與質量成反比
保持桶內沙子質量不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質量的關系．本次實驗中，桶內的沙子總質量不變，故系統的所受的合外力不變．用圖象法處理數據時，以加速度a為縱軸，應該以哪一個質量的倒數為橫軸？
A．小車質量、盒子及盒內沙子質量之和
B．小車質量、盒子及盒內沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內的沙）質量之和
答：

 

（填“A”或“B”）

Answer 1

分析：（1）該實驗研究的對象為系統，保持系統質量不變，沙桶的重力等于系統所受的合力，改變重力即可改變系統所受的合力，從而可探究加速度與合力的關系．
（2）保持桶內沙子質量m不變，即保持系統所受的合力不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，即改變系統的質量，所以研究加速度與質量的關系時，該質量應為系統的質量．

解答：解：（1）①將車內的沙子轉移到桶中，就保證了M+m不變，即系統的總質量不變，研究對象是整個系統，a=

F

M+m

=

mg

m+M

，
可見a-F圖象斜率的物理意義是

1

M+m

，即系統的總質量倒數（小車、盒子及盒內沙子、懸掛的桶以及桶內沙子質量之和倒數）
②把沙桶的總重力，當作合外力F是合理的．
③因為實驗的研究對象是整個系統，系統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量一定要遠遠小于小車（包括盛沙的盒及盒 內的砂）的總質量．
（2）向小車內添加或去掉部分沙子，是改變系統的總質量M+m，而系統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據時，以加速度a為縱軸，應該以M+m倒數為橫軸，即小車質量、盒子及盒內沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內的沙）質量之和．故選B．
故本題答案為：（1）①系統的總質量倒數（小車、盒子及盒內沙子、懸掛的桶以及桶內沙子質量之和倒數），②合理
③否，因為實驗的研究對象是整個系統，系統受到的合外力就等于mg
（2）B

點評：解決本題的關鍵知道該實驗研究的對象是系統，保證系統質量不變，改變合力，可探究加速度和合力的關系．保持合力不變，改變系統質量，可探究加速度與質量的關系．