Question

某学习小组的同学欲以如图1装置中的小车为对象“探究加速度与力、质量的关系”时，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，小车处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：

（1）你认为还需要的实验器材有______；
（2）实验时为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是______，实验时首先要做的步骤是______；
（3）该同学得到一条如图2所示的一段纸带，测得AB=3.82cm，BC=4.58cm．已知交变电流频率是50Hz，则打B点时物体的瞬时速度为______m/s；小车的加速度a=______m/s²．

Answer 1

（1）实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，滑块的拉力大小认为等于沙和沙桶的重力，因此需要天平测量沙和沙桶的质量以及滑块的质量，用刻度尺测量计数点之间的距离从而求出滑块的速度，故还要天平和刻度尺．
（2）设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：F=Ma，对砂桶和砂有：mg-F=ma，由此解得：
F=

mg

1+ m M

，由此可知当M＞＞m时，砂和砂桶的重力等于绳子的拉力，所以若使绳子拉力近似等于沙和沙桶的重力，应满足的条件是沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量．
同是为了保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要将木板一端抬高，以平衡摩擦力．
（3）由于每相邻两个计数点间还有1个点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.04s，
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小．
v_B=

xAC

2T

=

0.0382+0.0458

2×0.04

m/s=1.05m/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=

xBC-xAB

T2

=

0.0458-0.0382

0.042

m/s2=4.75m/s²．
故答案为：（1）刻度尺、天平；（2）沙和沙桶的总质量远远小于小车的质量；平衡小车受到的摩擦力；（3）1.05；4.75．