Question

5．在做验证牛顿第二定律的实验时，某学生将实验装置如图甲安装，准备接通电源后开始做实验．

①打点计时器是一种计时工具，应该接交流（填交流或直流）电源．
②图中砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，接下来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，轻推一下小车，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，轻推一下小车，观察判断小车是否做匀速运动．
D．当改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力
③实验中要进行质量m和M的选取，才能认为绳子的拉力约等于mg，以下最合理的一组是D
A．M=100g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
B．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
C．M=200g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
D．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
④图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E为5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，则计数点间的时间间隔T=0.1s．量出AB间的距离S₁=4.22cm、BC间的距离S₂=4.65cm、CD间的距离为S₃=5.08cm、DE间的距离为S₄=5.49cm．则打点计时器打下c点时的速度大小为：V_C=0.49m/s（结果保留2位有效数字），小车的加速度的符号表达式为：a=$\frac{{S}_{3}{+S}_{4}-{{S}_{1}-S}_{2}}{{4T}^{2}}$ （用上面的符号表示）．
⑤在验证当小车的质量一定时，小车的加速度与合外力F的关系时，小华所在的实验小组根据实验数据作出了如图丙所示的a-F图象，图象不过坐标轴的原点，其原因可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 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；
当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；
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的瞬时速度，根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出小车的加速度．

解答 解：①打点计时器是一种计时工具，应该接交流电源．
②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
③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：D．
④由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
C点的瞬时速度等于BD间的平均速度，则
v_C=$\frac{0.0465+0.0508}{2×0.1}$m/s=0.49m/s．
根据△x=aT²，运用逐差法，
解得$a=\frac{{{S_3}+{S_4}-{S_1}-{S_2}}}{{4{T^2}}}$
⑤由图象可知：图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
故答案为：
①交流．②B  ③D  ④0.1s
0，49m/s；$\frac{{S}_{3}{+S}_{4}-{{S}_{1}-S}_{2}}{{4T}^{2}}$
  ⑤没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

点评 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，只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．