Question

12．如圖所示的裝置來探究物體的加速度a和力F、質量m的關系．實驗時，小盤和砝碼牽引小車，使小車做初速度為零的勻加速運動．

（1）通過改變盤內砝碼質量，就可以改變小車所受的合力；
（2）探究加速度a與質量m的關系，應以a為縱坐標、$\frac{1}{m}$為橫坐標畫出圖象，這樣就能直觀地看出a與m的關系．某同學做出的a-$\frac{1}{m}$的關系圖象，如下圖所示，從圖象中可以看出，作用在物體上的恒力F=5N；當物體的質量為2.5kg時，它的加速度為2m/s²．

Answer 1

分析 （1）實驗滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量，砝碼盤和砝碼的重力等于小車所受的合外力．
（2）物體的加速度a與物體質量m的關系圖線是曲線，不能確定它們的關系，而加速度a與質量倒數的關系圖線是直線，根據牛頓第二定律結合圖象斜率的含義求解恒力和加速度．

解答 解：（1）實驗滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量，砝碼盤和砝碼的重力等于小車所受的合外力．所以通過改變盤內砝碼質量，就可以改變小車所受到的合力．
（2）物體的加速度a與物體質量m的關系圖線是曲線，不能確定它們的關系，而加速度a與質量倒數的關系圖線是直線，從而可知加速度a與質量m成反比．所以在探究加速度與質量關系時，分別以a為縱坐標、$\frac{1}{m}$為橫坐標作圖象，這樣就能直觀地看出其關系．
根據牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{m}$，則a-$\frac{1}{m}$圖象的斜率表示恒力，即：F=$\frac{2}{0.4}=5N$，
當物體的質量為2.5kg時，它的加速度為：a=$\frac{F}{m}=\frac{5}{2.5}=2m/{s}^{2}$．
故答案為：（1）盤內砝碼質量；（2）$\frac{1}{m}$，5，2

點評 本實驗在原來的基礎上有所創(chuàng)新，根據所學物理知識和實驗裝置的特點明確實驗原理是解答該實驗的關鍵，難度適中．