Question

12．图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图，砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M，实验中用砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下还需要进行的一项操作是B．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是C
A．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（3）图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为：S_AB=4.22cm、S_BC=4.65cm、S_CD=5.08cm、S_DE=5.49cm、S_EF=5.91cm、S_FG=6.34cm．已知打点计时器的工作频率为50Hz，则a=0.42m/s²（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应平衡摩擦力；
（2）本实验中沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，即m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（3）纸带实验中，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．

解答 解：（1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，即平衡摩擦力．
故选：B
（2）当m＜＜M时，即当沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，绳子的拉力近似等于沙和沙桶的总重力．因此最合理的一组是C．
故选：C．
（3）相邻的计数点之间的距离分别为：S_AB=4.22cm=0.0422m、S_BC=4.65cm=0.0465m、S_CD=5.08cm=0.0508m、S_DE=5.49cm=0.0549m、S_EF=5.91cm=0.0591m、S_FG=6.34cm=0.0634m；
相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为T=0.1s，利用匀变速直线运动的推论△x=at²，得：
s_DE-s_AB=3a₁T²
s_EF-s_BC=3a₂T²
s_FG-s_CD=3a₃T²
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{0.0549+0.0591+0.0634-0.0422-0.0465-0.0508}{9×（0.1）^{2}}$m/s²=0.43m/s²    
故答案为：（1）B（2）C；（3）0.43．

点评 本题考查验证牛顿第二定律实验中的实验原理以及数据处理的方法，注意在求解加速度时要注意利用逐差法进行分析求解，这样可以利用更多的数据，从而减小实验误差．