Question

【題目】驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖．圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源，打點的時間間隔用T表示．在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”．

(1)完成下列實驗步驟中的填空：

①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板______(選填“右端”或“左端”)的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列間隔均勻的點．

②按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼．

③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m．

④按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③．

⑤在每條紙帶上清晰的部分，每5個間隔標(biāo)注一個計數(shù)點．測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，…．求出與不同m相對應(yīng)的加速度a．

⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上做出─ m關(guān)系圖線．若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則與m處應(yīng)成_________關(guān)系(選填“線性”或“非線性”) ．

(2)完成下列填空：

(I)本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車M所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和m'應(yīng)滿足的條件是：m' ______M(選填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”) ．

(II)設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為x1、x2、x3如圖所示．a可用x1、x3和T表示為a＝__________．

(III)圖為所得實驗圖線的示意圖．設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為___________，小車的質(zhì)量為___________．

Answer 1

【答案】右端 線性 遠(yuǎn)小于

【解析】

（1）[1]在平衡摩擦力時，小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列均勻的點，則此時說明小車做勻速運動；
[2]由牛頓第二定律：

可知：

在F一定時，與m成正比，與m成線性關(guān)系；

（2）[3] 探究牛頓第二定律實驗時，當(dāng)小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和遠(yuǎn)小于小車和車中砝碼的總質(zhì)量時，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于小吊盤和盤中物塊受到的重力，認(rèn)為小車受到的拉力不變；

[4] 兩個相鄰計數(shù)點之間還有4個點，打點計時器的打點時間間隔為T，計數(shù)點間的時間間隔：，由勻變速直線運動的推論：可知，加速度為：

；

[5] [6] 設(shè)小車質(zhì)量為M，由牛頓第二定律得：

則：

由圖示圖象可知：

則拉力：

，

則：

；