Question

【題目】某同學利用氣墊導軌驗證牛頓第二定律，實驗裝置如圖所示。氣墊導軌與水平桌面的夾角為θ，導軌底端P點有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質量為M，擋光片的寬度為b，滑塊與砂桶由跨過輕質光滑定滑輪的細繩相連。導軌上Q點固定一個光電門，擋光片到光電門的距離為d（重力加速度為g）。

(1)實驗時，該同學進行了如下操作：

①開啟氣泵，調節細砂的質量，使滑塊處于靜止狀態，則砂桶和細砂的總質量m0=__________；

②在砂桶中再加入質量為m的細砂，讓滑塊從P點由靜止開始運動，則滑塊和沙捅組成的系統受到的合外力F=____________。已知光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt，則滑塊通過Q點的瞬時速度vQ=__________。

(2)滑塊從P點運動到Q點過程中的加速度a＝__________。

(3)要驗證牛頓第二定律，只要驗證等式mg=__________成立即可（用已知量和測量到的物理量寫出表達式）。

Answer 1

【答案】（1）①Msin θ ②mg （2） （3）

【解析】

(1)①對滑塊和細沙系統，由于均處于平衡狀態，所以有：，所以有；

②在桶中再加入一質量m的細沙后，對系統來說，受到的合力當然就是mg，而擋光片通過光電門的速度；

(2)由運動學公式，當系統向上的位移為d時，其加速度；

(3)對系統來說，合力是mg，由牛頓第二定律得：，代入可得