Question

14．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子，小車的總質(zhì)量（包括車、盒子及盒內(nèi)沙子）記為M，沙桶的總質(zhì)量（包括桶以及桶內(nèi)沙子）記為m．
（1）實(shí)驗(yàn)裝置圖中，木板明顯出現(xiàn)傾斜，這樣做的目的是：為了平衡摩擦力；
（2）驗(yàn)證“在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比”．
從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度a則從打點(diǎn)紙帶中計(jì)算得到．多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個(gè)相應(yīng)的加速度．以合外力F為橫軸、加速度a為縱軸畫出a-F圖象，圖象是點(diǎn)的直線．
①a-F圖象斜率的物理意義是$\frac{1}{m+M}$．
②實(shí)驗(yàn)中把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力F，沙桶的總質(zhì)量m和小車的總質(zhì)量是否需要滿足某種關(guān)系：不需要（填“需要”或“不需要”）

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)研究的對象為系統(tǒng)，保持系統(tǒng)質(zhì)量不變，沙桶的重力等于系統(tǒng)所受的合力，改變重力即可改變系統(tǒng)所受的合力，從而可探究加速度與合力的關(guān)系．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)裝置圖中，木板明顯出現(xiàn)傾斜，這樣做的目的是平衡摩擦力．
（2）①將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M+m不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對象是整個(gè)系統(tǒng)，
a=$\frac{{F}_{合}}{M+m}$=$\frac{mg}{M+m}$，可見a-F圖象斜率的物理意義是$\frac{1}{M+m}$．
②系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg，不必滿足M?m這樣的條件．
故答案為：（1）為了平衡摩擦力；　（2）①$\frac{1}{m+M}$；②不需要

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵知道該實(shí)驗(yàn)研究的對象是系統(tǒng)，保證系統(tǒng)質(zhì)量不變，改變合力，可探究加速度和合力的關(guān)系．保持合力不變，改變系統(tǒng)質(zhì)量，可探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．