Question

【題目】某同學在研究性學習中用圖示裝置來驗證牛頓第二定律，輕繩兩端系著質量相等的物體A、B，物體B上放一金屬片C，鐵架臺上固定一金屬圓環，圓環處在物體B的正下方。系統靜止時，金屬片C與圓環間的高度差為h，由靜止釋放后，系統開始運動。當物體B穿過圓環時，金屬片C被擱置在圓環上，兩光電門固定在鐵架臺P1、P2處，通過數字計時器可測出物體B通過P1、P2這段距離的時間。

（1）若測得P1、P2之間的距離為d，物體B通過這段距離的時間為t，則物體B剛穿過圓環后的速度v=____________；

（2）若物體A、B的質量均用M表示，金屬片C的質量用m表示，該實驗中驗證下面 ____________（填正確選項的序號）等式成立，即可驗證牛頓第二定律；

A．mg=

B．mg=

C．mg=(2M+m)

D．mg=(M+m)

（3）本實驗中的測量儀器除了刻度尺、數字計時器外，還需要____________；

（4）若M>>m，改變金屬片C的質量m，使物體B由同一高度落下穿過圓環，記錄各次的金屬片C的質量m，以及物體B通過Pl、P2這段距離的時間t，以mg為橫軸，以____________（填“t2”或“”）為縱軸，通過描點作出的圖線是一條過原點的直線。

Answer 1

【答案】（1） （2）C （3）天平 （4）（每空2分）

【解析】（1）金屬片C被擱置在圓環上后，物體A、B將勻速通過兩光電門，根據勻速直線運動規律可知，物體B剛穿過圓環后的速度為：v=；

（2）在釋放至金屬片C被擱置在圓環上前瞬間過程中，A、B、C系統機械能守恒，因此根據機械能守恒定律有：mgh=，即mg=(2M+m)，故選項C正確；

（3）根據題意可知，刻度尺、數字計時器分別測量了物理量——距離h、d和時間t，還需測出質量，因此所用器材為天平；

（4）在釋放至金屬片C被擱置在圓環上前瞬間過程中，根據牛頓第二定律有：mg=(2M+m)a，根據勻變速直線運動規律有：2ah=v2，由中分析知：v=，聯立以上各式有：mg=(2M+m)，顯然(2M+m)是一個常數，因此mg與成正比例關系，它們的關系圖線是一條過原點的傾斜直線。