Question

4．某實驗小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，開始時閉合開關(guān)，電磁鐵將A、B兩個小車吸住，斷開開關(guān)，兩小車同時在細(xì)繩拉力作用下在水平桌面沿同一直線相向運(yùn)動．實驗中始終保持小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的質(zhì)量，實驗裝置中各部分摩擦阻力可忽略不計．
①該小組同學(xué)認(rèn)為，只要測出小車A和B由靜止釋放到第一次碰撞通過的位移s₁、s₂，即可得知小車A和B的加速度a₁和a₂的關(guān)系，這個關(guān)系式可寫成$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{{a}_{1}}{{a}_{2}}$
②實驗時，該小組同學(xué)保持兩小車質(zhì)量相同且不變，改變左右托盤內(nèi)的砝碼的重力，測量并記錄對應(yīng)控力下車A和B通過的位移s₁、s₂．經(jīng)過多組數(shù)據(jù)分析得出了小車運(yùn)動的加速度與所受拉力的關(guān)系．如果要繼續(xù)利用此裝置驗證小車的加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系，需要控制的條件是左右托盤內(nèi)的砝碼的重力保持不變，需要測量的物理量有小車的位移s₁、s₂與小車質(zhì)量m₁、m₂（要求對表示物理量的字母作出說明，）它們之間的關(guān)系式是$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 ①小車做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的位移位移公式可以求出關(guān)系式．
②探究小車加速度與質(zhì)量關(guān)系應(yīng)控制拉力不變而改變小車質(zhì)量，應(yīng)用牛頓第二定律與運(yùn)動學(xué)公式分析答題．

解答 解：①兩小車都做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，它們的運(yùn)動時間t相等，由勻變速直線運(yùn)動的位移公式得：$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{\frac{1}{2}{a}_{1}{t}^{2}}{\frac{1}{2}{a}_{2}{t}^{2}}$=$\frac{{a}_{1}}{{a}_{2}}$；
②探究小車加速度與質(zhì)量關(guān)系應(yīng)控制拉力不變而改變小車質(zhì)量，實驗應(yīng)控制左右托盤內(nèi)的砝碼的重力保持不變，測出小車的位移s₁、s₂與小車質(zhì)量m₁、m₂，由牛頓第二定律得：a=$\frac{F}{m}$，由勻變速直線運(yùn)動的位移公式得：$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{\frac{1}{2}{a}_{1}{t}^{2}}{\frac{1}{2}{a}_{2}{t}^{2}}$=$\frac{{a}_{1}}{{a}_{2}}$=$\frac{\frac{F}{{m}_{1}}}{\frac{F}{{m}_{2}}}$=$\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}$，即：$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}$；
故答案為：①$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{{a}_{1}}{{a}_{2}}$；②左右托盤內(nèi)的砝碼的重力保持不變；小車的位移s₁、s₂與小車質(zhì)量m₁、m₂；$\frac{{s}_{1}}{{s}_{2}}$=$\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

點評 解題的關(guān)鍵是知道實驗原理，應(yīng)用牛頓第二定律與運(yùn)動學(xué)公式可以解題，對于實驗題一定要理解其實驗原理．