Question

【题目】如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示：

(1)实验时，该同学进行了如下步骤：

①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态。测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h；

②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为；

③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证守恒定律；

(2)如果系统重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为____已知重力加速度为g）；

(3)引起该实验系统误差的原因有__________（写一条即可）；

(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统重物A、B以及物块C）的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？

请你帮该同学解决，

①写出a与m之间的关系式：___________还要用到M和g）；

②a的值会趋于______。

Answer 1

【答案】 绳子有一定的质量/滑轮与绳子之间有摩擦/重物运动受到空气阻力等 重力加速度g

【解析】

(2)[1]系统重力势能的减小量

△Ep=mgh

通过光电门的瞬时速度

则系统动能的增加量为

如果系统机械能守恒，满足的关系式为

(3)[2]系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等；

(4)[3]根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg，则系统加速度为

[4]当m不断增大，则a趋向于重力加速度g。