题目内容

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．
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①打点计时器是一种计时工具，应该接
 
（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．
试验中，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：（选择最优的选项）
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（2分）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
 
．
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．量出相邻的计数点之间的距离分别为SAB=4.22cm、SBC=4.65cm、SCD=5.08cm、SDE=5.49cm．已知打点计时器的工作周期为T=0.02s，则打点计时器打下c点时的速度大小为：VC=
 
m/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=
 
 （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所示的a-F图象，其原因可能是
 
；图线的斜率代表的物理意义是：
 
．
分析：解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．
该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要．
纸带法实验中，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两个推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．
解答：解：①打点计时器是一种计时工具，应该接交流电源．
②将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂沙和沙桶的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．要判断是否是匀速运动，我们可以从打出的纸带相邻的点的间距来判断小车是否做匀速运动，
故选：B．
③当m＜＜M时，即当沙和沙桶的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于沙和沙桶的总重力．
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=5T，
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小．
vC=
xBD
tBD
=
0.0465+0.0508
0.2
=0.49m/s
设A到B之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4，
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，
得：x3-x1=2a1T2 
x4-x2=2a2T2 
为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值
得：a=
1
2
（a1+a2）
即小车运动的加速度计算表达式为：a=
sCD+SDE-SAB-SBC
(10T)2

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所示的a-F图象，
其原因可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面的倾角大小；
根据F=Ma得a=
F
 M

所以图线的斜率代表的物理意义是：小车总质量的倒数
1
M

故答案为：①交流．②B  ③D  ④0.49m/s，a=
sCD+SDE-SAB-SBC
(10T)2

⑤没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面的倾角大小；小车总质量的倒数
1
M
点评：实验问题需要结合物理规律去解决．实验中的第2题考查的是力学问题，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，会导致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力减小等现象，这些我们都要从学过的力学知识中解决．
纸带的处理是运用匀变速直线运动的两个推论去完成的．
练习册系列答案
相关题目
在做“验证牛顿第二定律”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表1中，将测得的反应加速度a和质量M关系的有关资料记录想表2中
表一
a/（m．s-2） 1.98 4.06 5.95 8.12
F/N 1.00 2.00 3.00 4.00
表二
a/（m．s-2） 2.04 2.66 3.23 3.98
1/M/（kg-1） 0.50 0.67 0.80 1.00
（1）根据表中所列数据，分别画出a-F 图象和a-1/M图象

（2）由a-F 图象可知，M=
0.50kg
0.50kg
．
（3）由a-1/M图象可知，F=
4N
4N
．
（1）①在“验证力的平行四边形定则”实验中需要将橡皮条的一端固定在水平木板上另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图1所示）实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，以下几项中必须注意的是
C
C

A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
②某同学在做研究弹簧的形变与外力的关系实验时，将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂，然后在其下部施加外力F，测出弹簧的总长度X，改变外力F的大小，测出几组数据，作出外力F与弹簧总长度X的关系图线如图2所示．（实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的）由图可知该该弹簧的劲度系数为
20
20
N/m
（2）在做验证牛顿第二定律的实验时，回答下列问题：
（如有计算，结果保留二位有效数字）
①打点计时器应接
交流
交流
（填交流或直流）电源．
②试验中，（如甲图）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行，接下来将长木板的一端垫起适当的高度，让小车一头连着纸带一头连着沙桶，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．请指出此步骤的错漏
应该撤去沙桶
应该撤去沙桶
；
③如图乙所示为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出．由此可求得小车的加速度大小
0.50
0.50
m/S2．
④在验证当小车的质量一定其加速度与合外力F的关系时，根据实验数据作出了如图丙所示的a-F图象，则小车和砧码的总质量M为
1.0kg
1.0kg
，其图象不过原点的原因是
平衡摩擦力时斜面的倾角太小或者平衡摩擦力不够；
平衡摩擦力时斜面的倾角太小或者平衡摩擦力不够；
．
在做“验证牛顿第二定律”的实验时（装置如图1所示）
（1）研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
（A）用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量．
（B）按图装好实验器材．使带滑轮长木板右端抬起，平衡摩擦力．
（C）把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶．
（D）将打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量．
（E）保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验．

（F）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值．
（G）作a-M关系图象，并由图象确定a、M关系．
在上述步骤中，有错误或处理不恰当的是
步骤
D
D
，应把
6V电压的蓄电池
6V电压的蓄电池
改为
6V的低压交流学生电源
6V的低压交流学生电源
．
步骤
G
G
，应把
a-M
a-M
改为
a-
1
M
a-
1
M
．
（2）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2所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图象为图中的Ⅱ直线．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，其中可能正确的是
BC
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
（D）乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
（3）在用接在50Hz交流电源上的打点计时器测定小车做匀加速直线运动的加速度的实验中，得到如图3所示的一条纸带，从比较清晰的点开始起，每5个打印点取一个计数点，分别标上0、1、2、3…量得0与1两点间的距离s1=30mm，3与4两点间的距离s4=48mm，打下0与1两点之间时间内小车的平均速度
0.30
0.30
m/s，则小车的加速度为
0.60
0.60
m/s2．
（2013?宝应县一模）在做“验证牛顿第二定律”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打出的纸带．并在其上取了O、A、B、C、D、E、F 7个计数点（每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，本图中没有画出）打点计时器用的是220V、50Hz的交流电源．

（1）实验时，在正确安装好装置后，把小车放到靠近打点计时器的位置，再先
先接电源
先接电源
后
释放小车
释放小车
，使小车运动，而后得到反映小车运动的纸带．
（2）利用纸带的数据可计算得出该物体的加速度a为
0.64
0.64
m/s2；（计算结果保留二位有效数字）
（3）如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏
偏小
偏小
．（填“大”或“小”）．

（1）某校学习兴趣小组在研究“探索小车速度随时间变化的规律”的实验，图是某次实验得出的纸带，所用电源的频率为50HZ，舍去前面比较密集的点，从0点开始，每5个连续点取1个计数点，标以1、2、3…．各计数点与0计数点之间的距离依次为d1=3cm，d2=7.5cm，d3=13.5cm，则①物体做
匀加速直线
匀加速直线
的运动，理由是
△s=常数
△s=常数
；②物体通过1计数点的速度v1=
0.375
0.375
m/s；③物体运动的加速度为a=
1.5
1.5
m/s2．
（2）在根据图2装置在进行验证牛顿第二定律的实验中，备有下列器材：
A、电磁打点计时器；B、天平；C、秒表；D、220V交流电源；E、电池；F、学生电源；G、纸带；H、细绳、砝码、实验小车；I、长木板（一端带定滑轮）；J、毫米刻度尺；
①实验中应选用的器材有：
A、B、F、G、H、I、J
A、B、F、G、H、I、J

实验的研究对象是
实验小车
实验小车

②本实验分两大步骤进行：
第一步：
第一步：研究a与F的关系（m一定）
第一步：研究a与F的关系（m一定）
；
第二步：
第二步：研究a与m的关系（F一定）
第二步：研究a与m的关系（F一定）

③某同学在做“验证牛顿第二定律”的实验时，不慎将已平衡好摩擦力的长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离而没有发现，那么描绘出来的a-F图象应是下图中的哪一个？
B
B

A、B、C、D、

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