Question

2．利用打点计时器等装置进行实验“验证牛顿第二定律”，已经选用的实验器材有：电磁式打点计时器、细绳和纸带、钩码和小车、一端有滑轮的长木板；

①该验证实验原理的重要科学思想是控制变量法．
②实验室可提供器材：A．天平      B．低压交流电源       C．低压直流电源   D．秒表
E．刻度尺    F．游标卡尺
请根据实验要求选取需要的器材（填字母序号即可，不定项选择）ABE
③在实验中，接通电源与让纸带随物体开始运动，这两个操作的先后顺序应该是：A
A．先接通电源，后释放纸带
B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带的同时接通电源
D．先释放纸带或先接通电源都可以
④如图所示，某同学在实验中，经过正确操作，得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，如图所示：纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中S₁=5.12cm、S₂=5.74cm、S₃=6.41cm、S₄=7.05cm、S₅=7.68cm、S₆=8.33cm，则打F点时小车的瞬时速度的大小是0.80m/s，加速度的大小是0.64m/s²（计算结果均保留两位有效数字）．
⑤在验证牛顿第二定律的实验中，以下的作法和理由正确的是 （不定项选择）：AD
A．使砂桶的质量m远小于小车总质量M，是为了减小系统误差
B．平衡摩擦力是为减少偶然误差
C．采用描点画图象的方法处理数据，是为了减少系统误差
D．采用逐差法处理数据，是为了减少偶然误差
⑥如图2所示为同学根据测量数据作出的a-F图象，说明实验存在的问题是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．

Answer 1

分析 在“探究牛顿第二定律”的实验时纸带实验中，使用了控制变量法，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，根据图象分析截距的意义便可得到误差产生的原因．

解答 解：（1）在“探究牛顿第二定律”的实验时，有三个独立变量，质量、合力、加速度；
先控制质量m一定，研究加速度a与合力F的关系；在控制合力F一定，研究加速度a与质量m的关系，使用了控制变量法；
（2）电磁打点计时器需使用低压交流电源，在实验中需测量纸带上点迹的距离，以及小车的质量，所以需要刻度尺和天平，不需要秒表和游标卡尺．
故选：ABE．
（3）开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带（随物体）开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打更多的点，BCD不正确，A正确．
故选：A
（4）解：利用匀变速直线运动的推论得：
v₅=$\frac{{x}_{46}}{{t}_{46}}=\frac{0.0768+0.0833}{0.2}$=0.80m/s，
根据运动学公式采用逐差法求解加速度得：
a=$\frac{{s}_{6}+{s}_{5}+{s}_{4}-（{s}_{3}+{s}_{2}+{s}_{1}）}{9{t}^{2}}$=0.64m/s²．
（5）A、本实验中采用砂桶带动小车的运动，在数据的处理中，利用砂桶的重力提供小车的拉力；因桶本身有加速度，故应减小桶的本身合力，故应使桶的质量远小于车的质量，故A正确；
B、平衡摩擦力是为减少偶然误差，让绳子的拉力等于小车受到的合力，故B错误；
C、采用描点画图象的方法处理数据，是为了减少偶然误差，故C错误，D正确；
故选：AD
（6）由图象可知，当小车有拉力时，仍然没有产生了加速度，故在操作过程中没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．故答案为：没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．
故答案为：（1）控制变量法；（2）ABE；（3）A；（4）0.80，0.64；（5）AD；（6）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
对于课本中基础力学实验，要到实验室进行实际操作，这样才能明确实验步骤和具体的操作的含义．