Question

2．如圖所示的實驗裝置可以探究加速度與物體質量、物體受力的關系．小車上固定一個盒子，盒子內盛有沙子．沙桶的總質量（包括桶以及桶內沙子質量）記為m，小車的總質量（包括車、盒子及盒內沙子質量）記為M．驗證在質量不變的情況下，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，對應的加速度a則從打下的紙帶中計算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應的加速度．本次實驗中，桶內的沙子取自小車中，故系統的總質量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a-F圖象，圖象是一條過原點的直線．
①a-F圖象斜率的物理意義是$\frac{1}{M+m}$．
②你認為把沙桶的總重力mg當作合外力F是否合理？
答：合理．（填“合理”或“不合理”）
③本次實驗中，不必滿足M?m這樣的條件？理由是研究對象是整個系統，而系統所受的合力就等于mg．

Answer 1

分析 該實驗研究的對象為系統，保持系統質量不變，沙桶的重力等于系統所受的合力，改變重力即可改變系統所受的合力，從而可探究加速度與合力的關系．

解答 解：①將車內的沙子轉移到桶中，就保證了M+m不變，即系統的總質量不變，研究對象是整個系統，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因為實驗的研究對象是整個系統，系統受到的合外力就等于mg，當作合外力F是合理的；
③系統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$\frac{1}{M+m}$；②合理；③研究對象是整個系統，而系統所受的合力就等于mg．

點評 解決本題的關鍵知道該實驗研究的對象是系統，保證系統質量不變，改變合力，可探究加速度和合力的關系．保持合力不變，改變系統質量，可探究加速度與質量的關系．