Question

某研究小組在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”時，利用氣墊導(dǎo)軌和光電門進行實驗．氣墊導(dǎo)軌可以在滑塊與導(dǎo)軌之間形成很薄的空氣膜，從而極大地減少摩擦力的影響，滑塊的運動可以近似看成無摩擦運動．光電門可以準確地記錄滑塊擋光板通過光電門的時間，從而得到滑塊通過光電門的速度，如圖1所示．

（1）實驗時，該小組將托盤和砝碼的重力作為滑塊所受合外力，但實際上二者只是近似相等，請回答，二者近似相等需耍滿足什么條件？

盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量

（2）滑塊擋光板寬度為d某次實驗時發(fā)現(xiàn)光電門記錄時間為△t則滑塊通過光電門時的速度大小的表達式V=

d

△t

．
（3）該小組保持滑塊質(zhì)量恒定，光電門的位置固定，并且始終從同一位置釋放，不斷改變砝碼的個數(shù)，并通過計算得到多組滑塊通過光電門的數(shù)據(jù)，如下表所示．

托盤砝碼總質(zhì)量（g）	10	20	30	40	50	60
v（m/s）	0.50	0.71	0.86	1.01	1.12	1.23
1/v（s/m）	2.00	1.41	1.16	0.99	0.89	0.81
v2（m2/s2）	0.25	0.50	0.74	1.02	1.25	1.51

為了便于研究合外力與加速度的關(guān)系，該小組用托盤和砝碼的總質(zhì)量代表合外力作為橫軸，請你選擇合適的物理量代表加速度作為縱軸，并利用表格中數(shù)據(jù)在坐標紙中選擇標度描點作圖．如圖2，通過繪出的圖線可以得到如下結(jié)論：在滑塊質(zhì)量一定時，

加速度與合外力成正比

．

Answer 1

分析：（1）托盤和砝碼拖著滑塊做加速運動，實際上托盤和砝碼的重力和繩子的拉力（滑塊的合力）是不等的，根據(jù)牛頓第二定律判斷在什么條件下可以近似相等；
（2）物體在極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度，根據(jù)這一結(jié)論求出滑塊通過光電門時的速度大小的表達式；
（3）滑塊始終從同一高度釋放，做勻加速直線運動，根據(jù)公式v²=2ah得到，v²∝a，應(yīng)該作m-v²圖象；外力一定時，加速度與合外力成正比．

解答：解：（1）設(shè)托盤和砝碼的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為M，根據(jù)牛頓第二定律得，a=

mg

M+m

．
繩子的拉力為滑塊的合力，為T=Ma=

Mmg

M+m

=

mg

1+ m M

．當m＜＜M時，托盤和砝碼的重力等于滑塊所受合外力．
（2）極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度，則滑塊通過光電門時的速度大小v=

d

△t

．
（3）滑塊始終從同一高度釋放，做勻加速直線運動，根據(jù)公式v²=2ah得到，v²∝a，應(yīng)該作m-v²圖象，如圖所示；

根據(jù)公式v²=2ah得到，v²∝a；而mg=F；根據(jù)圖象m∝v²；故a∝F，即質(zhì)量一定時，加速度與合外力成正比．
故答案為：（1）托盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量；（2）

d

△t

；（3）如圖所示，加速度與合外力成正比．

點評：解決本題的關(guān)鍵知道托盤和砝碼的重力等于滑塊的合力的條件以及原因，以及掌握極限法的運用．