Question

(10分)某同學在研究性學習中用圖示裝置來驗證牛頓第二定律，輕繩兩端系著質量相等的物體A、B，物體B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環(huán)，圓環(huán)處在物體B的正下方。系統靜止時，金屬片C與圓環(huán)間的高度差為h，由靜止釋放后，系統開始運動。當物體B穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，兩光電門固定在鐵架臺P₁、P₂處，通過數字計時器可測出物體B通過P₁、P₂這段距離的時間。

⑴若測得P₁、P₂之間的距離為d，物體B通過這段距離的時間為t，則物體B剛穿過圓環(huán)后的速度v＝        ；
⑵若物體A、B的質量均用M表示，金屬片C的質量用m表示，該實驗中驗證下面     (填正確選項的序號)等式成立，即可驗證牛頓第二定律；
A．mg＝
B．mg＝
C．mg＝(2M＋m)
D．mg＝(M＋m)
⑶本實驗中的測量儀器除了刻度尺、數字計時器外，還需要             ；
⑷若Mm，改變金屬片C的質量m，使物體B由同一高度落下穿過圓環(huán)，記錄各次的金屬片C的質量m，以及物體B通過P_l、P₂這段距離的時間t，以mg為橫軸，以      (填“t²”或“”)為縱軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線。

Answer 1

⑴；⑵C；⑶天平；⑷。

試題分析：⑴金屬片C被擱置在圓環(huán)上后，物體A、B將勻速通過兩光電門，根據勻速直線運動規(guī)律可知，物體B剛穿過圓環(huán)后的速度為：v＝；
⑵在釋放至金屬片C被擱置在圓環(huán)上前瞬間過程中，A、B、C系統機械能守恒，因此根據機械能守恒定律有：mgh＝，即mg＝(2M＋m)，故選項C正確；
⑶根據題意可知，刻度尺、數字計時器分別測量了物理量——距離h、d和時間t，還需測出質量，因此所用器材為天平；
在釋放至金屬片C被擱置在圓環(huán)上前瞬間過程中，根據牛頓第二定律有：mg＝(2M＋m)a，根據勻變速直線運動規(guī)律有：2ah＝v²，由中分析知：v＝，聯立以上各式有：mg＝(2M＋m)，顯然(2M＋m)是一個常數，因此mg與成正比例關系，它們的關系圖線是一條過原點的傾斜直線。