Question

3．在做“验证牛顿第二定律”的实验时（装置如图1所示）

（1）下列说法中正确的是BCDE
A．平衡摩擦力时，应把装砂的小桶通过定滑轮拴在小车上．
B．连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行．
C．平衡摩擦力后，长木板和水平桌面的夹角不能变化．
D．小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车．
E、小车的质量应远远大于小桶和沙的质量．
（2）在以上实验中所使用的电源是50H_Z的交流电，某同学打好三条纸带，选取其中最好的一条，其中一段如图2所示．图中A、B、C、D、E为计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出．计算纸带所对应的C点小车的速度1.26m/s和小车的加速度a=3.51m/s²（本题结要求保留三位有效数字）
（3）利用上题装置做“验证牛顿第二定律”的实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图3所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图象为图3中的直线Ⅱ．直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大．明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中正确的是BC
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了．

Answer 1

分析 （1）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，使得砂和小桶的重力等于小车的合力，需平衡摩擦力，平衡摩擦力时，不挂砂和小桶，小车后面需连接纸带．连接沙桶和小车的轻绳应和长木板保持平行，平衡摩擦力后，长木板与水平面夹角不能改变，小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车．
（2）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．
（3）“探究加速度与力、质量的关系”的实验，运用控制变量法探究加速度与力和质量的关系．根据牛顿第二定律分析“将砝码和盘的重力近似看作小车的牵引力”的条件．根据原理分析图线不经过原点的原因．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力时，不需挂砂和小桶，但小车后面必须与纸带相连，因为运动过程中纸带受到阻力．故A错误．
B、连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行，使绳子的拉力等于小车受到的合力．故B正确．
C、平衡摩擦力后，长木板与水平面夹角不能改变，否则要重新平衡摩擦力．可知，长木板的位置不能移动，故C正确．
D、实验前小车应靠近打点计时器，实验时应先接通电源再释放小车，否则纸带上打不了几个点．故D正确．
E、本实验中为了减小误差，应让小车的质量应远远大于小桶和沙的质量．
故选：BCDE．
（2）电源频率为50Hz，计数点间有4个点没有标出，计数点间的时间间隔为：
t=0.02×5=0.1s，
在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，C点的速度为：
v_C=$\frac{BD}{2t}$=$\frac{0.3160-0.0700}{2×0.1}$=1.26m/s；
根据逐差法有：
x₃-x₁=2a₁T²…①
x₄-x₂=2a₂T²…②
a=$\frac{{a}_{1}-{a}_{2}}{2}$…③
联立①②③带入数据解得：a=3.50m/s²．
（3）甲同学测量的图线发现，当拉力为零时，加速度不为零，知平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得过高了．
乙同学测量的图线发现，当拉力不为零时，加速度仍然为零，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．故BC正确，AD错误．故选：BC．
故答案为：（1）BCDE；（2）1.26，3.51；（3）BC．

点评 对于基本仪器的使用和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它，自己动手去做做，以加强基本仪器的了解和使用，要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．