题目内容

10．图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．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．

（1）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．
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，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
（2）图2是试验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7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、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm．已知打点计时器的工作效率为50Hz，则小车的加速度a=0.43m/s2，打下“E”计数点时物体的瞬时速度为vE=0.57m/s．（结果保留2位有效数字）．
（3）某位同学通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a-F图线．如图3中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是平衡摩擦力时木板倾角太大；曲线上部弯曲的原因是没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．

分析 1、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；
2、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，根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，计算时E点的瞬时速度；
3、根据图象特点结合牛顿第二定律可正确解答．

解答 解：（1）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
（2）相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为T=0.1s，利用匀变速直线运动的推论△x=at2，得：
sDE-sAB=3a1T2
sEF-sBC=3a2T2
sFG-sCD=3a3T2
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得：
a=$\frac{1}{3}$（a1+a2+a3）=$\frac{0.0549+0.0591+0.0634-0.0422-0.0465-0.0508}{9×0.01}$m/s2=0.43m/s2    
根据匀变速直线运动的规律可得E点的速度为vE=${\overline{v}}_{DF}$=$\frac{{s}_{DE}+{s}_{EF}}{2T}$=$\frac{0.0549+0.0591}{2×0.1}m/s$=0.57m/s
（3）由图可知，开始物体所受拉力为零时，却产生了加速度，故操作过程中平衡摩擦力时木板倾角过大．
所以：平衡摩擦力时木板倾角过大（或平衡摩擦力过度），
根据牛顿第二定律，可知曲线上部弯曲的原因是：没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
故答案为：（1）B；（2）0.43；0.57；（3）平衡摩擦力时木板倾角太大；没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．

点评 对于课本中的基本力学实验，无论形式如何变化，只要根据所学基本物理知识，弄清其实验原理，熟练应用所学物理知识，即可找到解决问题的突破口．

练习册系列答案
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挂在橡皮绳下
端的钩码个数		橡皮绳下端的坐标（Xi/mm）]
甲乙
1216.5216.5
2246.7232.0
3284.0246.5
4335.0264.2
5394.5281.3
6462.0301.0
（a）同一橡皮绳的X加i小于X减i（填“大于”或“小于”）．
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