Question

（1）某位同学在做验证牛顿第二定律实验时，实验前必须进行的操作步骤是

平衡摩擦力

．
（2）正确操作后通过测量，作出a-F图线，如图1中的实线所示．试分析：图线上部弯曲的原因是

没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m

；

（3）打点计时器使用的交流电频率f=50Hz，如图2是某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=

a=

[(s3+s4)-(s1+s2)]

100

f2

（用英文字母表示）；根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为

0.60

m/s²（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析：在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过控制变量法，先控制m一定，验证a与F成正比，再控制F一定，验证a与m成反比；实验中用勾码的重力代替小车的合力，故要通过将长木板右端垫高来平衡摩擦力和使小车质量远大于勾码质量来减小实验的误差！根据匀变速直线运动的特点，利用逐差法可以求出其加速度的大小．

解答：解：（1）小车质量M一定时，其加速度a与合力F成正比，而小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的拉力代替合力，所以在做实验正确必须要先平衡摩擦力；
（2）随着外力F的增大，砂和砂筒的质量越来越大，最后出现了不满满足远小于小车质量的情况，因此图线出现了上部弯曲的现象；
（3）由题意可知两计数点只觉得时间间隔为：△T=

5

f

=0.1s，根据匀变速直线运动推论有：
S₄-S₂=2a₁T²             ①
S₃-S₁=2a₂T²             ②
a=

a1+a2

2

               ③
联立①②③得：
a=

[(s3+s4)-(s1+s2)]

100

f2
带入数据解得：a=0.60m/s²
故答案为：平衡摩擦力；（2）没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m
（3）a=

[(s3+s4)-(s1+s2)]

100

f2；0.60

点评：在“验证牛顿第二定律”的实验用控制变量法，本实验只有在满足平衡摩擦力和小车质量远大于钩码质量的双重条件下，才能用钩码重力代替小车所受的合力，同时加强基础物理知识在实验中的应用，加强解决实验问题的能力．