105 學年度指定科目考試物理考科 第 一 題 (2)

財團法人大學入學考試中心基金會

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。

圖11
  1. 某生欲驗證「受力不變下,物體的加速度與其質量成反比」。在實驗過程中該生讓繩下端只懸掛1個槽碼不變,而僅變動滑車上槽碼的個數,每次從滑車上移開1個槽碼,使系統總質量分別為 M_t=M+6m、M+5m、M+4m、M+3m、M+2m、M+m,測得對應的加速度 a。其數據如表一所示:

M=0.50\ \mathrm{kg} m=0.10\ \mathrm{kg}

表一
M_tM+6mM+5mM+4mM+3mM+2mM+m
(\mathrm{kg})1.101.000.900.800.700.60
a\ (\mathrm{m/s^2})0.890.981.091.221.401.63

請利用表一中的數據在答案卷作圖區畫出適當的圖線,並簡要說明所作之圖線可以明確驗證物體的加速度 a 與質量 M_t 成反比。(5分)

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