Question

【题目】（11分）图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。

（1）完成下列实验步骤中的填空：

①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点。

②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。

③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。

④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。

⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，…。求出与不同m相对应的加速度a。

⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做出--m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）。

（2）完成下列填空：

（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。

（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=__________。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=__________mm，s3=__________mm。由此求得加速度的大小a=__________m/s2。

（ⅲ）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为___________。

Answer 1

【答案】（1）①均匀⑥线性

（2）（ⅰ）远小于小车和小车中砝码的质量之和

（ⅱ） 24.1 47.3 1.16（ⅲ）1/k b/k

【解析】（1）由加速度与小车和砝码的总质量成反比，即a∝1/( M+m)可知，与m处应成线性关系。（2）小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是远小于小车和小车中砝码的质量之和。由于打点的时间间隔为Δt，相邻计数点的时间间隔为5Δt，由s3 -s1=2a·5Δt，解得a=。根据刻度尺读数规则，s1=36.6mm-12.5mm=24.1mm，s3=120.0mm-72.7mm=47.3mm。Δt=0.02s，代人a=得到a==1.16 m/s2。设小车质量为M，由F=(M+m)a，变换成=m+M。对比实验图线图3，由=k可得小车受到的拉力为F=1/k，由M=b可得M=b/k 。