Question

小华所在的实验小组利用如图（甲）所示的实验装置探究牛顿第二定律，打点计时器使用的交流电频率f=50Hz，当地的重力加速度为g．
①在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到______．
②图乙是小华同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出．写出用s₁、s₂、s₃、s₄以及f来表示小车加速度的计算式：a=______； 若S₁=2.02cm，S₂=4.00cm，S₃=6.01cm，则B点的速度为：V_B=______m/s（保留三位有效数字）．
③在平衡好摩擦力的情况下，探究小车加速度a与小车质量M的关系中，某次实验测得的数据如下表所示．根据这些数据在坐标图中描点并作出图线．从图线求得合外力大小为______N（计算结果保留两位有效数字）．

	a/m?s2
4.0	1.2
3.6	1.1
2.0	0.6
1.4	0.4
1.0	0.3

④若实验前没有平衡摩擦力，在探究a-F的关系中，通过改变钩码的个数从而改变小车所受的拉力F₁，重复实验，确定加速度a与小车所受拉力F₁的关系．下列图象表示该同学实验结果，最符合实际的是：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）小车由静止下滑，说明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡过度，当小车带动纸带匀速下滑时说明平衡摩擦力；
（2）纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．
（3）由F=ma可知，在a- 图象中，图象的斜率表示物体所受合外力的大小．
（4）当砂和砂桶的质量远小于车的质量时，砂桶重力代替绳子拉力，加速度与拉力成正比．随着砂桶质量增大，破坏了这个条件，实际拉力比砂桶重力小得多，桶实际的加速度比理论值小得多，图线向下弯曲．实验前没有平衡摩擦力，所以当拉力F达到一定值后，小车才产生加速度．
解答：解：①在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车，使小车恰好做匀速直线运动．
②由题意可知两计数点的时间间隔为：T=，根据匀变速直线运动推论有：
s₃-s₁=2a₁T²
s₄-s₂=2a₂T²
a=
利用匀变速直线运动的推论
v_B==0.301m/s
③用描点法画出图象如下所示：

由F=ma可知，在a-图象中，图象的斜率表示物体所受合外力的大小，有图象可知其斜率为k=0.3，故所受合外力大小为0.3N．
④实验前没有平衡摩擦力，所以当拉力F达到一定值后，小车才产生加速度．
砂和砂桶的质量在增加，那么砂和砂桶的质量不能远小于车的质量时，实际拉力比砂桶重力小得多，桶实际的加速度比理论值小得多，图线向下弯曲．故选C．
故答案为：
①轻推小车，使小车恰好做匀速直线运动
②，0.301．
③如图所示，0.3
④C
点评：书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．实验的图象描绘，物理结合数学的应用都值得注意．