Question

12．如圖所示的實驗裝置可以驗證牛頓運動定律，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．
（1）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(tǒng)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．
①你認為把沙桶的總重力mg當作合外力F是否合理？
答：合理（選填“合理”或“不合理”）．
②本次實驗中，是否應該滿足M?m這樣的條件？
答：否（選填“是”或“否”）；
（2）驗證在合外力不變的情況下，加速度與質量成反比：保持桶內沙子質量m不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質量的關系．本次實驗中，桶內的沙子總質量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應該以小車質量、盒子及盒內沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內的沙）質量之和的倒數(shù)為橫軸．

Answer 1

分析 該實驗研究的對象為系統(tǒng)，保持系統(tǒng)質量不變，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系；
保持桶內沙子質量m不變，即保持系統(tǒng)所受的合力不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，即改變系統(tǒng)的質量，所以研究加速度與質量的關系時，該質量應為系統(tǒng)的質量．

解答 解：（1）把沙桶的總重力，當作合外力F是合理的．
（2）因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg，所以不需要滿足滿足懸掛的沙桶總質量一定要遠遠小于小車（包括盛沙的盒及盒 內的砂）的總質量．
（3）向小車內添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質量M+m，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變．所以用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應該以M+m倒數(shù)為橫軸，即小車質量、盒子及盒內沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內的沙）質量之和．
故本題答案為：（1）合理；（2）否；（3）小車質量、盒子及盒內沙子與懸掛的沙桶（包括桶與桶內的沙）質量之和．

點評 解決本題的關鍵知道該實驗研究的對象是系統(tǒng)，保證系統(tǒng)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(tǒng)質量，可探究加速度與質量的關系．