Question

（10分）如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G•Atwood 1746-1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．

（1）实验时，该同学进行了如下步骤：

①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出                （填“A的上表面”、 “A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h．

②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为．

③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．

（2）如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为      （已知重力加速度为g）

（3）引起该实验系统误差的原因有                           （写一条即可）．

（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：

①写出a与m之间的关系式：                   （还要用到M和g）；

②a的值会趋于                ．

Answer

（1）挡光片中心；（2）；（3）绳子有质量；滑轮与绳子有摩擦；重物运动受到阻力作用（回答一个即可）；（4）①；②重力加速度g

【解析】

试题分析：（1）①将质量均为M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h．（2）物体A经过光电门的速度，整个系统重力势能的减小量mgh，动能增加量为，则如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为：；（3）引起该实验系统误差的原因有：绳子有质量；滑轮与绳子有摩擦；重物运动受到阻力作用：（4） ①系统所受的合外力为F=mg，则根据牛顿第二定律可知：F=（2 M+m）a，解得；②根据，故当m逐渐变大时，a的值会趋于g。

考点：验证机械能守恒定律

【名师点睛】此题考查了验证机械能守恒定律的实验；此装置是由其它装置改造而成的，故解题的的关键是知道实验的原理，能够分析实验方法，掌握整体法在牛顿第二定律中的运用；此题实验创意较新颖，但是没离开课本实验的思想.