ast_essay
105年
物理
第 一、3 題
📖 題組：
要驗證牛頓第二運動定律，可利用如圖 11 所示之水平桌面上的滑車裝置。設滑車本身的質量為 $M$，每一帶有掛勾的槽碼（砝碼）質量均為 $m$，重力加速度為 $g$，而細繩質量可以忽略不計，細繩與定滑輪間、滑車與桌面間的摩擦力經特別處理而均可忽略。滑車移動過程中，滑車與滑車上的槽碼之間無相對運動。實驗時滑車的加速度可利用打點計時器來測量。
要驗證牛頓第二運動定律，可利用如圖 11 所示之水平桌面上的滑車裝置。設滑車本身的質量為 $M$，每一帶有掛勾的槽碼（砝碼）質量均為 $m$，重力加速度為 $g$，而細繩質量可以忽略不計，細繩與定滑輪間、滑車與桌面間的摩擦力經特別處理而均可忽略。滑車移動過程中，滑車與滑車上的槽碼之間無相對運動。實驗時滑車的加速度可利用打點計時器來測量。
利用圖 11 的裝置欲進行實驗以驗證「在質量不變下，物體所受的作用力 $F$ 與其加速度 $a$ 成正比」，其主要步驟如下，試完成空格內的內容。（ 2 分）
(A) ___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。
測量不同作用力 $F$ 與其對應的加速度 $a$。
(B) 作 $F$ 對 $a$ 的數據圖線，圖線應為通過原點的直線。
(A) ___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。
測量不同作用力 $F$ 與其對應的加速度 $a$。
(B) 作 $F$ 對 $a$ 的數據圖線，圖線應為通過原點的直線。
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題測驗「控制變因法」的實驗操作概念。題目要驗證「質量不變下，$F propto a$」。這裡的「質量」是指整個系統的總質量。如果只是單純把外加砝碼掛到懸掛端，雖然外力 $F$ 改變了，但系統總質量也會跟著改變。因此，正確的作法必須是將砝碼「從滑車上」轉移到「懸掛端」，這樣系統的總質量 ($M_{車} + m_{車上} + m_{懸掛}$) 永遠不變，但提供外力的重力部分 ($m_{懸掛}g$) 卻能逐次增加。
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將滑車上的槽碼一次一個的移至滑輪細繩下端懸掛著，使系統總質量始終維持定值 ($M+6m$)，使滑車上的槽碼依次減少 (分別為 $4m$、$3m$、$2m$、$1m$、$0m$)，而對應作用力 $F$ 依次增大 (分別為 $2mg$、$3mg$、$4mg$、$5mg$、$6mg$)。