Question

实验室给同学们提供了如下实验器材：滑轮、小车、小木块、长木板、停表、砝码、弹簧测力计、直尺，要求同学们用它们来粗略验证牛顿第二定律．
（1）实验中因涉及的物理量较多，必须采用

控制变量

法来完成该实验．
（2）某同学的做法是：将长木板的一端垫小木块构成一斜面，用小木块改变斜面的倾角，保持滑轮小车的质量不变，让小车沿不同倾角的斜面由顶端无初速释放，用停表记录小车滑到斜面底端的时间．试回答下列问题：
①改变斜面倾角的目的是：

改变小车所受的合外力

．
②用停表记录小车下滑相同距离（从斜面顶端到底端）所经历的时间，而不是记录下滑相同时间所对应的下滑距离，这样做的原因是

记录更准确

．
（3）如果要较准确地验证牛顿第二定律，则需利用打点计时器来记录小车的运动情况．如下图是某同学得到的一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7个计数点（图中每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点未画出），打点计时器接的是50Hz的低压交流电源．他将一把毫米刻度尺放在纸上，其零刻线和计数点O对齐．

由以上数据可计算打点计时器在打A、B、C、D、E各点时物体的瞬时速度，其中打E
点时的速度是

0.230

m/s．加速度的大小是

0.233

m/s²．（取三位有效数字）

Answer 1

分析：验证牛顿第二定律实验需要应用控制变量法，改变木板的倾角可以改变小车受到的合力；用秒表记录小车在相同位移内的运动时间便于实验操作；做匀变速运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度；做匀变速运动的物体在相邻相等时间内的位移之差等于定值，△x=at²，据此求出小车的加速度．

解答：解：（1）实验中因涉及的物理量较多，必须采用控制变量法来完成该实验．
（2）①改变斜面倾角可以改变小车所受到的合外力．
②用停表记录小车下滑相同距离（从斜面顶端到底端）所经历的时间，便于实验操作，较难记录下滑相同时间所对应的下滑距离．
（3）计数点间的时间间隔t=0.02s×5=0.1s；打E点时的速度v_E=

DF

2t

=

0.0940-0.0480

2×0.1

=0.230m/s，
小车的加速度a=

EF-BC

3t2

=

0.0940-0.0720-(0.0300-0.0150)

3×0．12

≈0.233m/s²；
故答案为：（1）控制变量；（2）①改变小车所受的合外力；②记录更准确；（3）0.230；0.233．

点评：验证牛顿第二定律实验应采用控制变量法，掌握匀变速直线运动的运动规律可以求出小车的瞬时速度与加速度．