Question

2．如图所示的实验装置可以探究加速度与物体质量、物体受力的关系．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量（包括桶以及桶内沙子质量）记为m，小车的总质量（包括车、盒子及盒内沙子质量）记为M．验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a-F图象，图象是一条过原点的直线．
①a-F图象斜率的物理意义是$\frac{1}{M+m}$．
②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理？
答：合理．（填“合理”或“不合理”）
③本次实验中，不必满足M?m这样的条件？理由是研究对象是整个系统，而系统所受的合力就等于mg．

Answer 1

分析 该实验研究的对象为系统，保持系统质量不变，沙桶的重力等于系统所受的合力，改变重力即可改变系统所受的合力，从而可探究加速度与合力的关系．

解答 解：①将车内的沙子转移到桶中，就保证了M+m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a=$\frac{{F}_{合}}{M+m}$=$\frac{mg}{M+m}$，可见a-F图象斜率的物理意义是$\frac{1}{M+m}$；
②因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg，当作合外力F是合理的；
③系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg，不必满足M?m这样的条件．
故答案为：①$\frac{1}{M+m}$；②合理；③研究对象是整个系统，而系统所受的合力就等于mg．

点评 解决本题的关键知道该实验研究的对象是系统，保证系统质量不变，改变合力，可探究加速度和合力的关系．保持合力不变，改变系统质量，可探究加速度与质量的关系．