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现要验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的器材如下:
一倾角可以调节的长斜面(如图1所示)小车、计时器一个、米尺.
(1)填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响):
①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2,记下所用的时间t;
②用米尺测量A1与A2之间的距离x,则小车的加速度a=______;
③用米尺测量A1相对于A2的高度h.设小车所受重力为mg,则小车所受合外力F=______;
④改变______,重复上述测量;
⑤以h为横坐标,
1
t2
为纵坐标,根据实验数据作图.如能得到一条过原点的直线,则可以验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.
(2)在“验证牛顿运动定律”的实验中,实验装置如图2中的甲所示,有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A图线.试分析:
①A图线不通过坐标原点的原因是______;
②A图线上部弯曲的原因是______.

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(1)小车做的是初速度为零的匀加速直线运动,根据运动规律:s=
1
2
at2,解得:a=
2s 
t2

(2)小车所受的合外力是重力沿斜面的分力,大小为:mgsinθ,θ为斜面的夹角,sinθ=
h
s
,所以合力为:F=mgsinθ=
mgh
s

(3)用动能定理可解得:h=
2s2
gt2
,所以h与
1
t2
成正比,我们需要改变h,所以需要:改变斜面的倾角或斜面高h
(3)根据牛顿第二定律和图象的特点可分析实验实验误差产生的原因.
(4)①由图象可知,当小车所受拉力不为零时,加速度仍然没有产生,因此该实验的操作不当为:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
②设小车与砝码的质量为M,小桶与砂子的质量为m,根据牛顿第二定律得:
对m:mg-F=ma
对M:F=Ma
解得:F=
mMg
m+M
=
mg
1+
m
M

当m<<M时,绳子的拉力近似等于砂和砂桶的总重力.当小桶与砂子的质量为m变大后不能满足m<<M的条件,故图象弯曲,故应填:未满足钩码质量远小于小车质量.
故答案为:
2s 
t2
mgh
s
;改变斜面的倾角或斜面高h;没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够;未满足钩码质量远小于小车质量.
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科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解